Диодные туннельно-пролетные структуры Si:Er/Si с расширенной областью пространственного заряда, излучающие в диапазоне 1.54 мкм при комнатной температуре В.П. Кузнецов, О.Н. Горшков Научно-исследовательский физико-технический институт Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского С.В. Оболенский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского В.Б. Шмагин, Д.Ю. Ремизов, В.А. Козлов, К.Е. Кудрявцев, З.Ф. Красильник Институт физики микроструктур РАН, Нижний Новгород Кремний-2010

Мотивация Основные результаты по светодиодам p + /n-Si:Er Туннельно-пролетный светодиод Результаты Проблемы и перспективы План Кремний-2010

Ударное возбуждение Er 3+ высокая эффективность возбуждения высокое сечение возбуждения подавлены основные механизмы безызлучательной релаксации (ФТТ 47 (2005) 95, Д.Ремизов и др.) (PRB 57 (1998) 4443, F.Priolo et al.) Рекомбинационное возбуждение Кремний-2010

Почему мы стремимся к расширению ОПЗ? интенсивность ЭЛ квантовая эффективность E X p+p+ n-Si:Er Ударное возбуждение Er 3+ Кремний-2010

A.Karim, C.-X. Du, and G. V. Hansson. J.Appl.Phys. 104, (2008) Ударное возбуждение Er 3+ Лазерные применения Кремний-2010

Основные результаты по светодиодам p + /n-Si:Er Расширение ОПЗ ведет к развитию лавинного механизма пробоя и резкому уменьшению интенсивности эрбиевой ЭЛ. Максимальные интенсивность и эффективность возбуждения эрбиевой ЭЛ достигаются при ширине ОПЗ ~ 0.1 um в режиме смешанного пробоя p + /n-перехода. лавинный пробой В.Б. Шмагин и др., ФТТ 46, 110 (2004) E X p+p+ n-Si:Er туннельный пробой Кремний-2010

Туннельно-пролетный светодиод энергия носителей в активной области p + /n + /n-Si:Er T=300K формирование потока горячих электронов E X p + -Si n-Si:Er n + -Si возбуждение эрбия NANA N, cm -3 5·10 18 x 2· ·10 16 NDND 1· nm um Кремний-2010

+ _ _ + подложка пластина источник + _ _ + подложка пластина источник 90 mm КДБ-10 p cm -3 n-Si:Er d 0.5 μ n cm -3 p + -Si (~10 19 cm -3, 0.1 ) n + -Si (~10 18 cm -3, A) n + -Si (~ cm -3, 0.3 ) Туннельно-пролетный светодиод Сублимационная МЛЭ Кремний-2010

Результаты ТПД структуры с толстым слоем n + -Si (d > 600A) ТПД структуры с промежуточной толщиной слоя n + -Si ( A < d < 600A) ТПД структуры с тонким слоем n + -Si (d < A) Кремний-2010

#237 d(n + ) max = 600A Group 1 d(n + ) max > 600 A #181 d(n + ) max = 600A #224 d(n + ) max = 1000A Кремний-2010

T X NDND X P.Wagner, J.Hage. Appl.Phys.A 49, 123 (1989) Термодоноры. Влияние токовводов Кремний-2010

Group 1 T=77K Кремний-2010

Group A < d(n + ) max < 600 A #199 line A1 d(n + ) max = 300A Кремний-2010

#199 Нерезкость n + n-перехода

Group 2 CV-профили n + n-перехода Кремний-2010

Профилирование n + n-перехода #305 d(n + ) max = 470A профиль легирования CV-профиль Кремний-2010

#305 d(n + ) max = 470A CV-профиль профиль легирования ~ 30 nm/decade Кремний-2010 Профилирование n + n-перехода

Профили ВИМС n + n-перехода Кремний-2010

(М.Н. Дроздов и др. Нанофизика и наноэлектроника, Нижний Новгород, март 2010) #256 Si:Er,Sb n + -Si n-Si:Er, T=580C n + : Si:Sb, T=520C p + -Si p-Si подложка туннлав Кремний-2010

Нерешенные проблемы: 1.Лавинный пробой в ТПД структурах с n + -Si:P развивается раньше, чем поле успевает проникнуть в активный слой n-Si:Er на значительную глубину. Это не позволяет реализовать преимущества ТПД. 2.По-видимому, ранняя смена механизма пробоя обусловлена нерезкостью перехода n + /n, что подтверждается данными по #256 (n + -Si:Sb). Предполагается, что данная гипотеза будет проверена экспериментами с ТПД на основе Si:Sb (А. Новиков, В. Кузнецов). Кремний-2010

Заключение Кремний-2010

Светоизлучающие структуры с инжектором и активной пролетной областью p + -Si n + -Si n-Si:Er пролетная область - + n см -3 туннельно-пролетный диод инжектор n + -Si p + -Si n-Si:Er пролетная область n см -3 Э Б К транзисторная структура C.-X. Du, Appl. Phys. Lett. 78, 1697 (2001) - + Кремний-2010

#11-45 (no Er) d(n + )= 300A ВИМС Кремний-2010

d(n + ), nm Group 1 CV-профилирование #224 Кремний-2010

Распределение толщины слоя n + -Si по длине подложки (В.И. Лозгачев. Распределение потоков молекул на плоскости при испарении в вакуум. ЖТФ т.32. в.8.) a=3.5 mm b=35 mm h=27mm #267 d(n + ) max = 470A Кремний-2010

#266 (no Er) d(n + ) max = 600A

Group 3 d(n + ) max < A

#199 Что мы ждем от ТПД

#237 d(n + ) max = 600A

Эффективность возбуждения ЭЛ p + /n + /n-Si:Er #199, ~ (5-6) cm 2 s #237, ~ (1-2) cm 2 s #267, ~ (2-9) cm 2 s p + /n-Si:Er #136, ~ (1-9) cm 2 s

Распределение поля в ОПЗ ТПД (расчет)

#199 КДБ-12 n+(P )=300A n(Er)=0.5um