Туннельный светодиод

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСГ 1 УБЛИК 33 0 515 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ВТОРСКО ДЕТЕЛ ЬСТВУ скии инсти е процессы в полу 1973. с. 192,е процессы в полу 1973. с, 266,(54) ТУН (57) Изо нике и к к тонко ным при в схемах информа сивност сши Раь ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР(56) Панков Ж, Оптическипроводниках. - М.: Мир,Панков Ж, Оптическипроводниках. - М.; Мир,ЕЛЬНЫЙ СВЕТОДИОДретение относится к оптоэлектроантовой электронике, в частности леночным электролюминесценторам, и может быть использовано передачи и обработки оптической ции, С целью повышения интенэлектромагнитного излучения, ния интервала излучаемых частот и обеспечения возможности частотной модуляции излучения, в туннельном светодиоде на основе структуры, образованной вырожденной полупроводниковой пленкой 2 птипа, туннельно тонкой диэлектрической пленкой 5 и электропроводящей пленкой 3. полупроводниковая пленка 2 ориентирована в кристаллографическом направлении, совпадающем с направлением, в котором производная эффективной массы электрона по энергии в зоне проводимости полупроводниковой пленки максимальна. Электро- проводящая пленка может быть выполнена из металла, сплава металлов либо из вырож+денного полупроводника п -типа, в котором положение дна зоны проводимости в пространстве квазиимпульсов совпадает с положением дна зоны проводимости полупроводниковой пленки. 2 з,п. ф-лы.2 ил.Изобретение относится к оптоэлектронике и квантовой электронике, в частностик тонкопленочным электролюминесцентным приборам, и может быть использованов схемах передачи и обработки оптическойинформации,Известны туннельные светодиоды наоснове р -и перехода с перестраиваемойчастотой излучения.Недостатками такого светодиода являются малая интенсивность излучения и работа только в инфракрасной областиспектра, что связано с невозможностью со.- здания р-и переходов для большинствапрактически важных широкозонных полупроводников, а также старение светодиодов со временем.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является туннельный светодиод на основе структуры,образованной вырожденной полупроводниковой пленкой п -типа, туннельно-тонкимдиэлектриком и электропроводящей пленкой, В этом светодиоде спонтанное излучение с частотов Ь и=Ец возникает благодаряизлучательной рекомбинации электроновиз зоны проводимости полупроводника сдырками валентной зоны, которые образуются там в результате туннелирования изметалла,Недостатками укаэанного светодиодаявляются малая интенсивность излучения,невозможность частотной модуляции и низкая эффективность, связанная в тем, чтоМОП-структура является неэффективныминжектором дырок,Целью изобретения является повышение интенсивности электромагнитного излучения, расширение интервалаизлучаемых частот и обеспечение возможности частотной модуляции излучения,Поставленная цель достигается тем, что в туннельном светодиоде на основе структуры, образованной вырожденной полупро+водниковой пленкой и -типа, туннельно тонким диэлектриком и электропроводящей пленкой, полупроводниковая пленка ориентирована в кристаллографическом направлении, совпадающем с направлением, в котором производная эффективной массы электрона по энергии в зоне проводимости полупроводниковой пленки максимальна. Электропроводящая пленка может быть выполнена из металла, сплава металлов или+ вырожденного полупроводника и -типа, в котором положение дна зоны проводимости в пространстве квазиимпульсов совпадает с положением дна зоны проводимости пленки и -типа,На фиг,1 изображена структура туннельного светодиода; на фиг,2 - энергетическая диаграмма светодиода при обратномсмещении еОО,5 Светодиод содержит подложку 1, вырожденную полупроводниковую пленку 2и -типа, электропроводящую пленку 3, в которой выполнено окно 4, диэлектрическуюпленку 5, диэлектрические области 6, метал 10 лический контакт 7 к подложке 1. В качествеподложки 1 может быть, например, использован сильнолегированный баЯЬ, ориентированный в направлении 11, толщиной 30мкм, на котором методом газофазной эпи 15 таксии выращена полупроводниковая пленка 2 п -ба ЯЬ с той же кристаллографическойориентацией, что и подложка, толщиной5 мкм и концентрацией примеси Кб == 10 см . Диэлектрическая пленка 5 мо 20 жет быть выполнена из пиролитически нанесенного окисла А 20 з толщиной 50 А,Поверх атой пленки нанесена пленка 3 изр толщиной 0,1 мкм, Металлический контакт 7 к подложке из 1 п, Диэлектрические25 области 6 из А 20 з служат для ограничениятока и уменьшения поверхностных эффектов. Область окна 4 для вывода излученияполучена локальным травлением пленки 3,Туннельный светодиод функционирует30 следующим образом,При неквадратичном законе дисперсиикомпоненты тензора обратной эффективной массы электрона в полупроводникахзависят от волнового вектора К и, следова 35 тельно, от энергии электрона в зоне проводимости Е = Е(к), Излучательные переходыносителей заряда в полупроводниках характеризуются зависящей от энергии носителяэффективной массой ЕЩЕ). При этом эф 40фективная масса электронов в зоне проводимости растет по мере увеличения ихэнергии, При приложении отрицательногосмещения к туннельному светодиоду (плюс45батареи питания на полупроводниковойпленке 2 и -типа, фиг,1) электроны туннели+руют из состояний вблизи уровня Фермиметалла на свободные состояния в зоне проводимости полупроводника с большей, чем50 у дна зоны проводимости, энергией и, следовательно, с большей эффективной массойа (Е). Поэтому вероятность упругих туннельных переходов, экспоненциально зависяшая от массы начального и конечногосостояния туннелирующего электрона, рез 5 ко убывает с ростом еО. В силу этой жепричины резко возрастает вероятность излучательных туннельных переходов с уровня Ферми металла на свободные состояния1732402 20 50 55 вблизи дна зоны проводимости полупро водника, где эффективная масса электрона минимальна.Из квантовомеханических расчетов следует, что при выполнении условий 15гп(Ег)во(1 Е ) д ва(Е ) гпа(ЕР)д Е Ч - (Ер - еЧ)) где индекс й соответствует выбранному кристаллографическому направлению; Ч = = Чо+ - (О-Ок)+ЕЕ - высота эффективного 252прямоугольного барьера;Ч - высота потенциал ьного барьера металл-диэлектрик; О - встроенная разность потенциалов в барьере, в - эффективная масса начального со стояния электрона в металлической пленке (принята равной массе свободного электрона), туннельный светодиод излучает полосу частот с максимумом, приходящимся на частоту со. еО/Ь. При этом выполняется соотношение (й)/Тп 1. Здесь п - интенсивности излучения предлагаемого туннельного светодиода, которая оценивается при помощи выраженияеО40+ еО-Ь в)1-.Й(Е)бЕ,где 91 и 92 - плотности соответственнозанятых состояний металла и свободных 45состояний в зоне проводимости полупроводниковой пленки и -типа; 1(Е) - функция распределения Ферми-Дирака, Кроме того, явно учтено наличие смещения еО и выполнено условие сохранения энергии туннелирующего электрона Е = Ег=Е 1-Ь ю Матричный элемент спонтанного перехода МИ определяется в основном интегралом перекрытия волновых функций начального ф и конечного ф состояний туннелирующеего электрона МЮ Вф ф бх;- толщинаодиэлектрика; В - константа.Формула изобретения 1, Туннельный светодиод на основе структуры, образованной вырожденной+полупроводниковой пленкой и -типа, туннельно тонким диэлектриком и электропроводящей пленкой, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения интенсивности электромагнитного излучения, расширения интервала излучаемых частот и обеспечения возможности частотной модуляции излучения, полупроводниковая пленка ориентирована в кристаллографическом направлении, совпадающем с направлением, в котором производная эффективной массы электрона по энергии в зоне проводимости полупроводниковой пленки максимальна,2, Светодиод по п,1, отл ич а ю щийс я тем, что электропроводящая пленка выполнена из металла или сплава металлов,3, Светодиод поп,1, отл ич а ю щийс я тем, что электропроводящая пленка выполнена из вырожденного полупроводника и+-типа, в котором положениедна зоны проводимости в пространстве квазиимпульсов совпадает с положением дна зоны проводимости полупроводниковой пленки и -типа.1732402 е 0 Составитель А,ОжередовРедактор Г.Гербер Техред М,Моргентал Корректор Л,Бески изводственнп-издательский комбинат "Патент", г, Ужго д, ул.Гагарина, 1 Заказ 1586 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и откр.тиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж. Раущская наб 4/5