Спонтанное и стимулированное излучение в светодиодных гетероструктурах с активной областью из InAs

Abstract

Арсенид индия (InAs) в настоящее время является базовым материалом для создания электролюминесцентных излучателей, работающих в спектральном диапазоне, соответствующем основной полосе поглощения углеводородов (длина волны ~3.4 мкм при температуре 300 K) [1]. Светоизлучающие диоды на основе InAs востребованы в устройствах для газового анализа, контроля технологических процессов, медицинской диагностики и т.п. Одной из актуальных задач, стоящих перед разработчиками приборов на основе InAs, является повышение их эффективности. При исследовании электролюминесценции как двойных, так и одиночных гетероструктур (ГС) с активной областью из InAs и InAsSb рядом исследовательских групп при пониженных температурах (от температуры жидкого гелия до температуры ~100 K) наблюдалось стимулированное излучение (“усиленная люминесценция») [2-4], что указывает на наличие возможностей для повышения эффективности оптоэлектронных приборов на основе этих материалов. В настоящей работе мы сообщаем о результатах экспериментальных исследований электрических характеристик и электролюминесценции нескольких типов светодиодных одиночных ГС с активной областью из InAs. Гетероструктуры различались порядком чередования слоёв, типом и уровнем легирования подложки, а также химическим составом барьерной области. Все ГС выращивались в компании ООО «Микросенсор Технолоджи» (Санкт-Петербург, Россия) методом газофазной эпитаксии с использованием металлорганических соединений на сильно легированных подложках InAs. Активная область ГС была не легирована и имела электронный тип проводимости. Барьерные слои дырочного типа проводимости были изготовлены из InAsSb(Ga,P). Для всех исследованных ГС при низких температурах (от 4.2 до 55-75 K, в зависимости от типа структуры и/или тока накачки) наблюдалось стимулированное излучение. При более высоких температурах излучение было спонтанным. Нами был проведен анализ связи параметров ГС с величинами температурного и токового порогов гашения стимулированного излучения. Мы также провели компьютерное моделирование, в результате которого были получены расчетные вольтамперные характеристики и оптические параметры исследуемых ГС, которые были сопоставлены с экспериментальными данными. Результаты, полученные в ходе проведения экспериментов и моделирования, будут обобщены для поиска возможных путей повышения эффективности электролюминесцентных излучателей с активной областью на основе арсенида индия