Світловипромінююча напівпровідникова гетероструктура

Світловипромінююча напівпровідникова гетероструктура, що містить монокристалічний шар 3 57157 також можуть відбиватися. Коефіцієнт пропускання при нормальному падінні визначається виразом T 4n1  nq  1   n2  n2    2 , (2) і рівний 0,715 для границі фосфід галію - повітря. Якщо знехтувати поглинанням всередині структури, то доля випроміненого світла, яка може вийти через її верхню грань при першому падінні на неї світлової хвилі складає sin2(17,7°/2) . 0.715 = 0.0169 тобто 1,69 % всього світла, що генерується з одиниці площі електричного переходу. Для світло випромінюючих структур найважливішим параметром є зовнішній квантовий вихід е, який визначається з наступного виразу: е=i g o де і - коефіцієнт інжекції, g = ефективність генерації світла, 0 - коефіцієнт виведення світла. В основу запропонованого рішення поставлена задача зменшити втрати генерованого світла за рахунок збільшення коефіцієнту виведення світла через фронтальний шар гетероструктури. Поставлена задача вирішується тим, що у світло випромінюючій напівпровідниковій структурі, що містить монокристалічний шар фосфіду галію n-типу провідності, епітаксійний шар фосфіду галію n-типу провідності, тиловий та фронтальний електричні контакти, згідно запропонованого рішення, на епітаксійний шар фосфіду галію n - типу провідності нанесена плівка діоксиду титану, на якій розташований фронтальний електричний контакт, а тиловий електричний контакт розташований на монокристалічному шарі фосфіду галію. Конструкція запропонованої світловипромінюючої гетероструктури передбачає усунення ефекту поглинання генерованого світла ізоелектронними пастками азоту. Це досягається завдяки тому, що у запропонованій світловипромінюючій плівковій гетероструктурі генероване світло проходить через фронтальний шар, який складається з тонкої плівки нелегованого діоксиду титану. Діоксид титану (ТіО2) - це прозорий провідний оксид з шириною забороненої зони 3,2-3,3 еВ. Характерною особливістю діоксиду титану є велике значення показника заломлення n = 2,5 – 2,9 для алотропних модифікацій анатазу та рутилу відповідно. Велике значення ширини забороненої зони діоксиду титану дозволяє використовувати його як широкозонне вікно для випромінювання гетероструктури. Завдяки великому значенню показника заломлення діоксиду титану (n = 2,5 для алотропної модифікації анатаз) на границі поділу GaP - ТiО2 спостерігається суттєве збільшення значення граничного кута відбивання С у порівнянні з границею поділу GaP - повітря. Для межі поділу GaP ТіО2 с = arcsin(2.5/3.3) = 49.2°, що на 31,5° більше ніж граничний кут повного відбивання для межі 4 поділу GaP - повітря. Також спостерігається збільшення коефіцієнта пропускання Т при нормальному падінні світла на межу поділу GaP - ТіО2 у порівнянні з межею поділу GaP - повітря. Підставивши значення показників заломлення матеріалів у формулу (2) отримаємо величину коефіцієнта пропускання для межі поділу GaP - ТiО2 Т = 0,98. Таким чином для межі поділу GaP - ТiО2 доля випроміненого світла, яка може вийти через верхню грань гетероструктури при першому падінні на неї світлової хвилі складає sin2(49.272)0.98 = 0.163 тобто 16,3 %, що майже на порядок перевищує аналогічний показник для межі поділу GaP – повітря. Також шляхом підбору оптимальної товщини плівки діоксиду титану досягається ефект просвітлюючого покриття для області довжин хвиль на яку припадає максимум інтенсивності свічення запропонованої гетеро структури. Варто відзначити, що тонка плівка ТiО2 в запропонованому технічному рішенні не використовується як додаткове покриття, а безпосередньо формує гетероперехід в якості широкозонного вікна з кого відбувається інжекція електронів у базовий шар фосфіду галію. Такий підхід дозволяє спростити конструкцію гетероструктури і зменшити її вартість. Запропоноване рішення пояснюється кресленням. На фігурі схематично показана запропонована світловипромінююча напівпровідникова гетероструктура. Конструкція містить монокристалічний шар фосфіду галію n-типу провідності 1, епітаксійний шар фосфіду галію n-типу провідності 2, на який нанесена плівка ТiО2 n-типу провідності 3. На плівці 3 розташований фронтальний електричний контакт 4, а тиловий електричний контакт 5 розташований на монокристалічному шарі фосфіду галію 1. Запропонована світловипромінююча гетероструктура виготовляється методами епітаксійного вирощування з рідкої фази та реактивного магнетронного розпилення. На монокристалічну підкладку фосфіду галію n-типу провідності 1 методом епітаксії з рідкої фази наноситься епітаксійний шар GaP n - типу провідності 2 товщиною 20 мкм легований азотом. Напилення тонкої плівки ТiО2 n - типу провідності 3 товщиною 0,5 мкм проводиться на поверхню епітаксійного шару фосфіду галію n - типу провідності методом реактивного магнетронного розпилення мішені чистого титану в суміші газів аргону та кисню при постійній напрузі. Парціальні тиски аргону та кисню складають 0,7 Па та 0,02 Па, відповідно при постійній потужності магнетрону у 350 Вт. Протягом процесу напилення температура підкладки підтримується на рівні 200 °С. 5 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 57157 6 Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601