Исследование и прогнозирование радиационной стойкости светодиодов из фосфида галлия

• Автор: Числов, Александр Алексеевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 100 с. : ил.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО МЕТОДАМ КОНТРОЛЯ И ОЦЕНКИ РАДИАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ КРИСТАЛЛОВ ФОСФИДА ГАЛЛИЯ И СВЕТОДИОДОВ НА ЕГО ОСНОВЕ
Выводы
ГЛАВА 2. ВЫВОД АНАЛИТИЧЕСКИХ ЗАВИСИМОСТЕЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАДИАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ СВЕТОДИОДОВ
2.1. Изменение параметров оптически активной области при облучении
2.2. Связь электрофизических и оптических параметров материала активной области с электрическими и электролюминесцентными характеристиками светодиодов
2.2.1. Электролюминесценция (ЭЛ) из оптически активной р-или п-области в режиме малого уровня инжекции
2.2.2. ЭЛ из оптически активного компенсированного слоя или низкоомных р- и п-областей в режиме высокого уровня инжекции
2.2.3. ЭЛ из оптически активных низкоомных р+- и гГ-областей р+-п -п+-структуры
Выводы
ГЛАВА 3. КОМПЛЕКСНЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ И ОЦЕНКИ РАДИАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ СВЕТОДИОДОВ ИЗ ФОСФИДА ГАЛЛИЯ С ЖЕЛТО-ЗЕЛЕНЫМ ЦВЕТОМ СВЕЧЕНИЯ
3.1. Исследуемые структуры. Методы измерения до и после облучения. Аппаратура и режимы
ОБЛУЧЕНИЯ Р-Ы-ПЕРЕХОДОВ НЕЙТРОНАМИ, ПРОТОНАМИ, ЭЛЕКТРОНАМИ И ГАММА КВАНТАМИ
3.2. Спектры ЭЛ. Профили распределения основной легирующей примеси. Спектры ТСЕ
3.2.1. Спектральные характеристики р-п-переходов
3.2.2. Профили распределения основной легирующей примеси
3.2.3. Спектры ТСЕ, энергии ионизации и коэффициенты захвата глубоких примесных центров
3.3. Экспериментальные зависимости ВАХ и ДСВД-характеристик от флюенса нейтронного облучения
3.4. Обсуждение экспериментальных вольт-амперных и 1у(Щ)-характеристик и расчет коэффициентов повреждаемости времени жизни
3.5. Экспериментальные зависимости силы света от флюенса протонного облучения и дозы гамма квантов. Константы повреждаемости времени жизни при данных воздействиях
3.5.1. Экспериментальные зависимости силы света от флюенса облучения протонами с энергией 18 и 70 МэВ и результаты расчета констант повреждаемости
3.5.2. Экспериментальные зависимости силы света от флюенса облучения электронами с энергией 5 Мэв и расчет константы повреждаемости
3.5.3. Экспериментальные зависимости силы света от дозы (флюенса) облучения гамма квантами с энергией 1,25 МэВ и расчет константы повреждаемости
3.6. Сравнительный анализ влияния различных видов облучения на снижение силы света и расчет
коэффициентов относительной эффективности
ВЫВОДЫ
ГЛАВА 4. РАДИАЦИОННАЯ ДЕГРАДАЦИЯ И КОМПЛЕКСНЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ И ОЦЕНКИ РАДИАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ СВЕТОДИОДОВ НА ОСНОВЕ (г!Ч-0)-САР С КРАСНЫМ ЦВЕТОМ СВЕЧЕНИЯ
4.1. исследуемы е структуры
4.2. Изменение силы света и ВАХ светодиодов после воздействия
НЕЙТРОННОГО облучения
4.2.1. Методика облучения и контроля спектра нейтронов и плотности потока
4.2.2. Экспериментальные вольт-амперные и люмен-вольт-амперные характеристики до и после облучения
4.2.3. Обсуждение экспериментальных результатов. Расчет констант повреждаемости
4.3. Разработка метода малых флюенсов для контроля и оценки радиационной стойкости
4.4. Сравнительные методы контроля и оценки радиационной стойкости (величины (т0,еК,)) при облучении протонами, электронами и гамма квантами
4.4.1. Изменение силы света светодиодов при облучении протонами и определении величины т0Кр
4.4.2. Изменение силы света при облучении электронами с энергией 5 и 10 МэВ и
определение величины ТоК«
4.4.3. Изменение силы света при облучении гамма квантами и определение величины (тоК^)
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

Разработанные в последние годы светодиоды, цифро-знаковые индикаторы, шкалы и табло-экраны на основе бинарных соединений и твердых растворов находят все более широкое применение как в гражданской, так и в аппаратуре спецприменения, в частности атомной и ядерной электронике, бортовой, включая космическую, аппаратуре и военной технике. Непременным условием применения светодиодов в данных областях является стойкость к действию проникающей радиации: нейтронов, электронов, протонов и гамма квантов с энергией от 0,1 до 100 МэВ.
Важную роль при разработке светодиодов и устройств отображения информации играл и играет фосфид галлия и приборы на его основе. Он является достаточно широкозонным полупроводником, что позволяет создавать на его основе р-п-переходы, излучающие в красной и желто-зеленой области спектра. Основной недостаток фосфида галлия - непрямую структуру зон - удалось в значительной степени компенсировать возможностью введения эффективных центров излучательной рекомбинации. Как сам материал, так и светодиоды на его основе, являлись моделями, на которых впервые были обнаружены и исследованы основные механизмы излучательной рекомбинации: экситонная люминесценция на 2п-0-комплексах, примесное и межпримесное излучение, эффективная фото- и электролюминесценция на изоэлектронных центрах азота и т.д.
Если светодиоды с красным цветом свечения были разработаны также на основе твердых растворов СаАзо6Р0>4 и А^ззвао^Аз, то источники желто-зеленого цвета долгое время выпускались только на основе фосфида галлия. Светодиоды с красным цветом свечения из данного материала, по-видимому, являются наиболее радиационно-стойкими, что в полной мере подтверждается проведенными нами исследованиями. Появившиеся в 1996 г. более эффективные светодиоды на основе АЮаМ-1пСаМ-ОаК с зеленым, а также с синим цветом свечения, по объемам выпуска и цене пока уступают светодиодам из фосфида галлия.

Разработанные в последние годы светодиоды, цифро-знаковые индикаторы, шкалы и табло-экраны на основе бинарных соединений и твердых растворов находят все более широкое применение как в гражданской, так и в аппаратуре спецприменения, в частности атомной и ядерной электронике, бортовой, включая космическую, аппаратуре и военной технике. Непременным условием применения светодиодов в данных областях является стойкость к действию проникающей радиации: нейтронов, электронов, протонов и гамма квантов с энергией от 0,1 до 100 МэВ.
Важную роль при разработке светодиодов и устройств отображения информации играл и играет фосфид галлия и приборы на его основе. Он является достаточно широкозонным полупроводником, что позволяет создавать на его основе р-п-переходы, излучающие в красной и желто-зеленой области спектра. Основной недостаток фосфида галлия - непрямую структуру зон - удалось в значительной степени компенсировать возможностью введения эффективных центров излучательной рекомбинации. Как сам материал, так и светодиоды на его основе, являлись моделями, на которых впервые были обнаружены и исследованы основные механизмы излучательной рекомбинации: экситонная люминесценция на гп-О-комплексах, примесное и межпримесное излучение, эффективная фото- и электролюминесценция на изоэлектронных центрах азота и т.д.
Если светодиоды с красным цветом свечения были разработаны также на основе твердых растворов СаАэо.бРо.з и АЬ.ззСао^Аз, то источники желто-зеленого цвета долгое время выпускались только на основе фосфида галлия. Светодиоды с красным цветом свечения из данного материала, по-видимому, являются наиболее радиационно-стойкими, что в полной мере подтверждается проведенными нами исследованиями. Появившиеся в 1996 г. более эффективные светодиоды на основе АЮаЕМпОаМ-ОаК с зеленым, а также с синим цветом свечения, по объемам выпуска и цене пока уступают светодиодам из фосфида галлия.

3.2.2 ПРОФИЛИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНОЙ ЛЕГИРУЮЩЕЙ ПРИМЕСИ
Профили доноров, рассчитанные по формулам (3.2), приведены на графиках рис. 3.2.
0,1 <и 0.5 0.7 X. ики
Рис. 3.2. Профили распределения концентрации доноров в светодиодах первой и второй (а), третьей и четвертой (б) групп до и после облучения
Данные измерений в пределах одной группы хорошо воспроизводились. Облучение нейтронами с флюенсом 5-1012 см'3 не приводило к изменению профилей. Как видно из рис. 3.2 во всех образцах имелся компенсированный слой. Его ширина снижалась по мере увеличения уровня легирования п+-области и составляла 0.3 — 0,4; 0,15 - 0,22; ~ 0,1 и 0,02 - 0,04 мкм соответственно у светодиодов 1-4 групп. При снижении температуры ширина компенсированного слоя увеличивалась. Таким образом, все исследуемые образцы имели р+ - п* — п+ -структуру. Концентрация ионизированных доноров (N0 — Ид) в п+ - области линейно возрастала по мере удаления от р-п-перехода, по-видимому, вследствие компенсации основной легирующей примеси цинком.
3.2.3. Спектры ТСЕ, энергии ионизации и коэффициенты ЗАХВАТА ГЛУБОКИХ ПРИМЕСНЫХ ЦЕНТРОВ
Спектры ТСЕ светодиодов 1 и 2 групп до и после облучения нейтронами с флюенсом 5-1012 н/см2 приведены на рис 3.3 и 3.4.