Анотація до роботи:

Богословська А.Б. Інжекційно-термічні та рекомбінаційні процеси в багатобарєрних А³В⁵ - навіпровідникових випромінювачах інфрачервоного діапазону. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.01 – фізика приладів, елементів і систем. - Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України, Київ, 2005.

В дисертації подано результати дослідження впливу інжекційно-термічних процесів на фізичні параметри напівпровідникових ІЧ – випромінювачів на основі вузькозонних сполук GaInAs, InAsSbР, GaInAsSb. Виявлено наявність істотного струмового перегріву активної області ІЧ-випромінювачів відносно корпуса приладу. Встановлено взаємозв'язок теплових і рекомбінаційних процесів у напівпровідникових випромінювачах ІЧ – діапазону. Експериментально встановлено та теоретично обґрунтовано зниження квантового виходу джерел випромінювання з ростом інжекційного струму, що зумовлено підвищенням ймовірності процесів оже-рекомбінації. Встановлено вплив величини енергетичних бар'єрів на гетерограниці на температуру струмового перегріву одиночних і подвійних гетероструктур. Показано, що причиною підвищеного перегріву в подвійних гетероструктурах є збільшення швидкості оже-рекомбінації, імовірність якої вища в подвійних гетероструктурах за рахунок більшої величини енергетичних розривів зон. Проаналізовано вплив дислокацій невідповідності в гетероструктурах на квантовий вихід ІЧ-випромінювачів. Вивчено механізми і кінетику інжекційно-термічної деградації основних функціональних параметрів випромінювачів ІЧ-діапазону в процесі тривалої роботи. Встановлено та пояснено, що причиною аномальної деградації ІЧ-випромінювачів є конкуренція каналів лінійної рекомбінації через дві групи центрів (стабільні та нестабільні) при слабкій ефективності каналу оже-рекомбінації.

1. На основі проведеного феноменологічного розрахунку температур струмового перегріву напівпровідникових випромінювачів при імпульсних режимах живлення встановлено взаємозв'язок характеристичних температур перегріву випромінювачів при імпульсному живленні з параметрами струму (тривалість та шпаруватість імпульсів струму) і внутрішніми фізичними параметрами випромінювачів, що необхідно враховувати при виборі робочих режимів напівпровідникових ІЧ-випромінювачів.

2. Виявлено наявність істотного струмового перегріву активної області ІЧ-випромінювачів на основі вузькозонних напівпровідникових сполук GaInAs, InAsSbР, GaInAsSb і встановлено зв’язок температури перегріву активної області з погіршенням експлуатаційних характеристик ІЧ-випромінювачів.

3. Визначена залежність струмового перегріву активної області ІЧ-випромінювачів на основі Ga_xIn_1-xAs від молярного складу напівпровідникової сполуки, яка обумовлена зміною як механізму розсіювання надлишкової теплової енергії, так і механізму рекомбінації в даних структурах. Встановлено, що мінімальну DТ мають структури з х » 0,9. В сполуках з х < 0,9 перегрів посилюється за рахунок великої ймовірності безвипромінювальних процесів ОР, а при х > 0,9 – внаслідок погіршення якості структури (неузгодженість постійних ґраток InAs і GaAs складає ~ 6.9 %).

4. Проаналізовано механізми релаксації надлишкової теплової енергії гарячих електронів в ІЧ-випромінювачах та виявлено, що основними з них є електрон-електронна або електрон-фононна взаємодії. Показано, що в випромінювачах на основі n – GaInAsSb при I < 30 мА (j < 10 А/см²) перегрів активної області здійснюється за рахунок розігріву електронного газу гарячими електронами внаслідок швидкої електрон-електронної взаємодії, а при підвищенні струму гарячі електрони взаємодіють із усією фононною системою напівпровідника, що веде до нагрівання кристалічної ґратки до Т_г= f(I).

5. Встановлено взаємозв'язок теплових і рекомбінаційних процесів у напівпровідникових випромінювачах ІЧ – діапазону: зростання струмового перегріву АО веде до посилення ролі безвипромінювальних процесів ОР в рекомбінаційних процесах, що в свою чергу сприяє підвищенню температури перегріву АО.

6. Виявлено вплив на теплові процеси величини потенціальних бар'єрів на гетерограницях випромінюючих ГС. Встановлено посилення струмового перегріву активної області в подвійних ГС типу N – GaSb / N - GaAlAsSb / n- GaInAsSb / R - GaAlAsSb у порівнянні з одиночними ГС типу N–GaSb / n-GaInAsSb /R-GaAlAsSb викликане більшою величиною потенціальних бар’єрів, що поряд з об'ємними оже - процесами збільшує ймовірність інтерфейсних оже- процесів на гетерограницях. Кількісно визначено, що для одиночних ГС величина DТ дорівнює @ 52 К (j@ 40 А/см²), тоді як для подвійних ГС її значення порядку @ 63 К. Внесок у перегрів активної області, обумовлений процесами оже-рекомбінації, склав для одиночних ГС @ 8 К, а для подвійних ГС @ 10 К.

7. Визначено вплив дислокацій невідповідності в гетероструктурах InAsSbР/InAs на квантову ефективність ІЧ-випромінювачів. Показано, що при густині дислокацій менше 5 10³ см^-2 (параметр неузгодженості ґраток Da/a₀ = (0 - 0.15) %) їх вплив на квантову ефективність випромінювачів незначний, тоді як густина дислокацій невідповідності ~ (5 - 8) 10⁶ см^-2 (Da/a₀ = 0.5 %) обумовлює суттєве падіння інтенсивності випромінювання.

8. Експериментально виявлено наявність аномальної деградації фізичних параметрів ІЧ-діодів на основі GaInAs/InAs в процесі довгострокової експлуатації, яка пояснена в межах феноменологічної теорії, що передбачає рекомбінацію за участю двох груп центрів (стабільних і нестабільних) при слабкій ефективності каналу ОР. Враховано інжекційно-термічну взаємодію і перетворення цих центрів: розпад і зменшення концентрації рекомбінаційно-ефективних нестабільних центрів та одночасне зростання концентрації стабільних центрів безвипромінювальної рекомбінації. Показано, що у випадку превалювання ОР над рекомбінацією Шоклі–Холла-Ріда спостерігається нормальна деградація параметрів ІЧ-діодів.

Публікації автора:

1. Сукач Г.А., Сыпко Н.И., Богословская А.Б. Тепловые процессы в светоизлучающих диодах при импульсном возбуждении // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. – 1987. – Вып.11. – С. 41 – 47.

2. Влияние низкодозового облучения на характеристики излучающих структур на основе компенсированного арсенида галлия / Г.А. Сукач, Н.И. Сыпко, А.Б. Богословская, А.Е. Гафт, Е.А. Глушков, В.Д. Лисовенко, А.А. Литвин, В.А. Шевченко // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. – 1993. - Вып.26. - С.64 – 70.

3. Разогрев в гетероструктурах на основе GaInAsSb / Н.М. Колчанова, А.А. Попов, А.Б. Богословская, Г.А. Сукач // Письма в журнал технической физики. – 1993. – Т.19, вып. 21. – С. 61-65.

4. Исследование распределения примеси в области гетерограницы р – GaInAsSb/ р – GaAlAsSb / А.Б. Богословская, Н.М. Колчанова, Ф.И. Маняхин, А.А. Попов, Г.А. Сукач // ФТП. – 1993. – Т.27, вып.27. – С.1574–1577.

5. Тепловые процессы в светодиодных гетероструктурах на основе GaInAsSb / Н.М. Колчанова, А.А. Попов, Г.А. Сукач, А.Б. Богословская // ФТП. - 1994. - Т.28, №12. - С.2065-2072.

6. Тепловые параметры многоэлементных шкальных индикаторов при различном возбуждении / А.Б. Богословская, А.В. Бушма, П.Ф. Олексенко, Г.А. Сукач // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. – 1996. – Вып.31. – С.84-89.

7. Инжекционно-термическая эволюция физических параметров ИК-излучателей на основе соединений InGaAs / Г.А. Сукач, А.Б. Богословская, Ю.Ю. Билинец, Н.Г. Сукач // Український фізичний журнал. – 1997. – Т.42, №1. – С. 77 – 84.

8. Тепловые и оже - процессы в p-n переходах на основе GaInAs/InAs и GaInAsSb/InAs / Г.А. Сукач, П.Ф. Олексенко, А.Б. Богословская, Ю.Ю. Билинец, В.Н. Кабаций // Журнал технической физики. – 1997. – Т.67,№9. - С.68-71.

9. Effect of Auger recombination on thermal processes in InGaAs and InGaAsSb IR-emitting diodes / G. A. Sukach, A. B. Bogoslovskaya, P. F. Oleksenko, Yu.Yu. Bilinets, V.N. Kabatciy. // Inrared Phys. & Techn. – 2000. – V.41. – P. 299-306.

10. Богословская А.Б., Сукач Г.А. Рекомбинационные процессы в оптоэлектронных структурах ИК-диапазона на основе соединений А^IIIВ^V // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. – 2001. – Вып.36. – С.127-160.

11. Излучательные и тепловые свойства приборных структур на основе гетероэпитаксиальных пленок GaAs/GaAlAs / Г.А. Сукач, Т.Т. Пиотровски, Э.Б. Каганович, А.Б. Богословская // IV Международная конференция по физике и технологии тонких пленок. Тезисы докладов. Ивано-Франковск (Украина). – 1993. - С.122.

12. Физические процессы в активной области гетероэпитаксиальных ИК-излучателей на основе GaInAsSb / Г.А. Сукач, А.Б. Богословская, Н.М. Колчанова, А.А. Попов // IV Международная конференция по физике и технологии тонких пленок. Тезисы докладов. Ивано-Франковск (Украина). - 1993. - С.128.

13. Разогрев электронного газа в гетероструктурах на основе GaInAsSb / А.Б. Богословская, Н.М. Колчанова, А.А. Попов, Г.А. Сукач // I Всероссийская конференция по физике полупроводников. Тезисы докладов, Н.-Новгород (Россия). – 1993. – С. 94.

14. Nonmonotonic profile of impurity dominant in the active region of GaInAsSb- based double heteroepitaxial structure / A.B. Bogoslovskaya, N.M. Kolchanova, A.A. Popov, G.A. Sukach // Proc. 6 Int. Conf “Thin Solid Films”, Herson (Ukraine). – 1995. - V.1. - Р.174-177.

15. Оже – процессы в двойных гетероструктурах на основе GaInAsSb / Г.А. Сукач, А.Б. Богословская, Н.М. Колчанова, А.А. Попов // V Международная конференция по физике и технологии тонких пленок. Тезисы докладов. Ивано-Франковск (Украина). - 1995. - ч.2 - С.262.

16. Auger recombination and thermal processes IR radiators based on GaInAs/InAs and GaInAsSb/InAs heterostructures / G.A. Sukach, P.Ph. Oleksenko, A.B. Bogoslovskaya, Yu.Yu. Bilinets, V.N. Kabatsiy // Internanional Workshop on Advanced Techn. оf Multicomp. Solid Films and Structures, Uzgorod (Ukraine). – 1996. - Р.57.

17. Богословская А.Б., Сукач Н.Г., Кабаций В.Н. Дефектообразование и релаксационные процессы в p-n-структурах на основе эпитаксиальных пленок соединений InGaAs / VI Международная конференция по физике и технологии тонких пленок. Тезисы докладов. Ивано-Франковск (Украина). - 1997. - С.27-28.

18. Effect of auger recombination on thermal processes in InGaAs and InAsSbP IR-emitting diodes / G.A. Sukach, P.Ph. Oleksenko, A.B. Bogoslovskaya, N.G. Sukach // VII Intern. Conf. “Phys. Techn. of Thin Films”, Iv.-Frankivsk (Ukraine). – 1999. - P.121.

19. Сукач Г.А., Богословская А.Б. Влияние внутренних механических напряжений на характеристики излучателей ИК-диапазона // II Українська наукова конференція з фізики напівпровідників. УНКФН-2. Тези доповідей. – Чернівці (Україна). - 2004. - С. 528.

20. Сукач Г.О., Богословська А.Б., Чайкін В.І. Деградаційні процеси в ІЧ - випромінювачах на основі гетероструктур InGaAs/InAs // Матеріали X Міжнародної конференції з фізики та технології тонких плівок. Тези доповідей. Івано-Франківськ (Україна). - 2005. - т.2 - С.43-44.