RU2400866C1 - Светоизлучающий диод - Google Patents
Светоизлучающий диод Download PDFInfo
- Publication number
- RU2400866C1 RU2400866C1 RU2009119305/28A RU2009119305A RU2400866C1 RU 2400866 C1 RU2400866 C1 RU 2400866C1 RU 2009119305/28 A RU2009119305/28 A RU 2009119305/28A RU 2009119305 A RU2009119305 A RU 2009119305A RU 2400866 C1 RU2400866 C1 RU 2400866C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- emitting diode
- diode
- light emitting
- semiconductor
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 59
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 30
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims abstract description 19
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 15
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 29
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 29
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 24
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 24
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 34
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 103
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 10
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 4
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 3
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 3
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 3
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000005401 electroluminescence Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018979 CoPt Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910016697 EuO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 InN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910016583 MnAl Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910007709 ZnTe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);selenium(2-) Chemical compound [Se-2].[Cd+2] UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к светоизлучающим диодам, которые используются в оптической связи, в оптических компьютерах и т.п. Диод содержит гетероструктуру, включающую подложку, излучающий слой, сильнолегированный атомами переходных элементов группы железа Периодической системы полупроводниковый слой с ферромагнитными свойствами, нелегированный полупроводниковый слой и базовый и инжектирующий электроды. Слой с ферромагнитными свойствами расположен над излучающим слоем, а нелегированный полупроводниковый слой расположен между слоем с ферромагнитными свойствами и инжектирующим электродом. Диод может содержать также дополнительные слои, улучшающие параметры диода и не блокирующие эффект спиновой поляризации носителей в такой гетероструктуре. Преимущества диода согласно изобретению заключаются в повышении интенсивности и степени круговой поляризации излучения, формируемого диодом. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Настоящее изобретение относится к полупроводниковым приборам, предназначенным для излучения световых колебаний и имеющим, по меньшей мере, один потенциальный барьер, а именно к светоизлучающим диодам, которые используются в оптической связи, в оптических компьютерах и т.п.
Светоизлучающие диоды нашли применение в различных областях техники благодаря своим маленьким размерам, экономичности, быстродействию, надежности, большому сроку службы и т.п.
Конструкция светоизлучающего диода представляет собой гетероструктуру, основными составляющими которой являются полупроводниковая подложка, полупроводниковый светоизлучающий слой, а также инжектирующий электрод и базовый электрод, обеспечивающий омический контакт. Подложка и излучающий слой могут быть выполнены из нескольких слоев. Для изготовления подложки наиболее широко используются полупроводниковые материалы соединений элементов III и V групп Периодической системы, нитриды III группы Периодической системы, сапфир и др., для изготовления излучающего слоя - GaAs, InGaAs, InGaN и др. Инжектирующие электроды изготавливают из материала, позволяющего реализовать в месте контакта электрода с полупроводниковой структурой контакт Шоттки.
Большинство известных диодов помимо указанных составляющих имеют дополнительные слои из материалов, направленные на повышение эксплуатационных характеристик диода. Повышение эффективности, надежности и срока работы диодов достигают путем уменьшения плотности дислокаций в излучающем слое, для чего на первом этапе технологического процесса выращивания структуры подложку покрывают буферным слоем. Известно повышение эффективности диода путем нанесения на поверхность структуры так называемого свето-туннелирующего слоя, показатель преломления которого меньше, чем показатель преломления ограничивающего слоя, а толщина его много меньше длины волны излучения (US 2007029560 А1, 2007.02.08).
Основные требования, предъявляемые к конструкции диода (его структуре, используемым материалам), связаны с областью применения диода, определяющей необходимые для конкретного применения диода характеристики формируемого им выходного излучения. К числу таких характеристик в ряде важных практических применений относится поляризация излучения.
Известны диоды, выходное излучение которых имеет линейную поляризацию. Эти диоды предназначены для использования в системах передачи светового излучения, в сотовых телефонах, дисплеях и т.п. Линейная поляризация излучения обеспечивается введением в структуру диода поляризационной решетки (например, US 2005205884 А1, 2005.09.22; US 2008290336 А1, 2008.11.27). Решетки выполняются из имеющих наноразмеры металлических проволок из Al, Au, Ag, Pd, Pt и т.п. Излучающий слой в таких диодах выполнен, как правило, на основе нитридов элементов III группы Периодической системы Менделеева p- и n-типа: GaN, InN, AlN, InGaN.
Известны конструкции диодов, позволяющих получить излучение, по меньшей мере, с двумя направлениями поляризации (например, US 2008128728 А1, 2008.06.05; WO 2006052328 А1, 2006.05.18). Это реализуется введением в диод соответствующего элемента обратной связи, который отражает излучение, генерируемое излучающим слоем, обратно в структуру. Элемент обратной связи располагают на участке, прилегающем к инжектирующему электроду, при этом он может быть расположен на расстоянии от инжектирующего электрода или введен в конструкцию диода в виде поляризатора, например в виде отражающей поляризационной решетки, нанесенной на электрод. Диод может быть выполнен из полупроводниковых материалов, включающих элементы III и V групп Периодической системы Менделеева (например, GaAs, GaP, InAs, InP, GaN и их твердые растворы AlGaAs, AlGaP, GaAsP, InGaAs, InGaN, InGaAlP, AlGaN) или из полупроводниковых материалов, включающих элементы II и VI групп Периодической системы Менделеева (например, ZnSe, CdSe, ZnTe и их соединения ZnCdSe, ZnTeSe, ZnS, ZnSSe).
К числу основных недостатков этих диодов нужно отнести сложность изготовления, обусловленную наличием элемента обратной связи, геометрические размеры которого должны быть соизмеримы с длиной волны формируемого излучения (~103 нм). Кроме того, эти диоды не позволяют получить излучение с круговой поляризацией, что необходимо, например, для работы оптических переключателей, для кодировки оптических сигналов.
Излучение с круговой поляризацией можно получить, установив в выходной плоскости диода, формирующего неполяризованное излучение, четвертьволновую пластину.
Известен диод, который позволяет формировать излучение с поляризацией, близкой к круговой, без использования четвертьволновой пластины. Принцип работы этого диода основан на спиновой поляризации носителей в полупроводниковой структуре, имеющей р-n переход (US 5874749 А, 1999.02.23). Диод содержит полупроводниковую гетероструктуру, включающую подложку из полупроводника p-типа, излучающий слой (квантовую яму) из полупроводника n-типа или нелегированного полупроводника p-типа, базовый электрод, расположенный на подложке, и расположенный на слое n-типа (нелегированного полупроводника p-типа) инжектирующий электрод из ферромагнитного материала, в качестве которого использован MnGa, EuO, MnAl, CoPt и др. Подложка выполнена из материала p-типа, а наилучшим материалом для излучающего слоя выбран InxGa1-xAs.
Недостатками известного диода являются недостаточно высокая интенсивность формируемого излучения и низкая степень круговой поляризации. Низкая степень круговой поляризации связана с наличием на границе раздела ферромагнитный металл/полупроводник (инжектирующий электрод/полупроводник) так называемой магнито-мертвой зоны и со значительным рассогласованием проводимостей ферромагнитного металла и полупроводника, что снижает инжекцию спин-поляризованных носителей в полупроводник.
Технический результат, получаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в повышении интенсивности формируемого излучения и степени круговой поляризации.
Технический результат достигается тем, что светоизлучающий диод, работа которого основана на спиновой поляризации носителей в полупроводниковой гетероструктуре, включающей подложку, излучающий слой и базовый и инжектирующий электроды, дополнительно содержит нелегированный полупроводниковый слой и сильнолегированный атомами переходных элементов группы железа Периодической системы полупроводниковый слой с ферромагнитными свойствами, при этом слой с ферромагнитными свойствами расположен над излучающим слоем, а дополнительный нелегированный полупроводниковый слой расположен между слоем с ферромагнитными свойствами и инжектирующим электродом.
Целесообразно между излучающим слоем и слоем с ферромагнитными свойствами расположить промежуточный полупроводниковый слой, препятствующий диффузии атомов переходных элементов группы железа в излучающий слой.
Промежуточный слой можно выполнить из нелегированного полупроводникового материала.
Промежуточный слой можно также выполнить из того же материала, что и дополнительный нелегированный полупроводниковый слой, т.е. слой, расположенный между слоем с ферромагнитными свойствами и инжектирующим электродом.
Целесообразно между подложкой и излучающим слоем расположить буферный слой.
Целесообразно выполнить инжектирующий электрод из материала, образующего барьер Шоттки с нижерасположенным полупроводниковым слоем.
Можно выполнить инжектирующий электрод из неферромагнитного металла.
Можно также выполнить инжектирующий электрод в виде полупроводникового слоя p-типа.
Гетероструктуру диода целесообразно выполнить на основе материалов, включающих элементы III и V групп Периодической системы.
Изобретение, как и ближайший аналог, основано на спиновой поляризации носителей в полупроводниковой структуре. Однако, в отличие от аналога, в заявляемом диоде спиновая поляризация носителей обеспечивается не введением инжектирующего электрода из магнитного материала, а введением в гетероструктуру диода слоя с ферромагнитными свойствами, полученного легированием полупроводника атомами переходных элементов группы железа Периодической системы. Слой с ферромагнитными свойствами способствует спиновой поляризации инжектированных в излучающий слой носителей, которые, рекомбинируя с носителями противоположного знака, пришедшими в этот слой из подложки, формируют выходное излучение с круговой поляризацией. Кроме того, эксперименты показали, что наличие в гетероструктуре сильнолегированного слоя с ферромагнитными свойствами способствует значительному (до 50 раз) увеличению интенсивности излучения, предположительно за счет изменения зонной диаграммы вблизи излучающего слоя.
Придание гетероструктуре свойств, позволяющих осуществить в ней спиновую поляризацию не за счет использования ферромагнитного металла, а за счет легирования полупроводникового слоя атомами переходных элементов и его соответствующего расположения в структуре, практически снимает проблемы согласования проводимостей слоев в гетероструктуре и образования магнито-мертовой зоны. Это происходит потому, что концентрации атомов переходных элементов в гетероструктуре заявляемого диода примерно в 102 раз ниже, чем в ферромагнитном металле (последнее имеет место в ближайшем аналоге).
На фиг.1-3 изображены поперечные сечения возможных гетероструктур диода.
Диод выполнен в виде гетероструктуры и содержит подложку 1, излучающий слой 2, слой 3 с ферромагнитными свойствами, нелегированный полупроводниковый слой 4, инжектирующий электрод 5 и базовый электрод 6.
В одном из возможных вариантов исполнения диода между излучающим слоем 2 и слоем 3 расположен промежуточный слой 7 (фиг.2). В другом варианте исполнения гетероструктура помимо указанных слоев содержит также буферный слой 8 (фиг.3).
Вывод излучения в заявляемом диоде можно осуществить в направлении, перпендикулярном плоскости подложки 1, поэтому электрод 6 можно выполнить либо прозрачным для излучения, либо в виде кольца; при этом подложку 1 следует выполнить из материала, обладающего высокой прозрачностью для формируемого излучения. Последнее требование удовлетворяется при использовании известных широкозонных полупроводников n-типа.
Изготовление заявляемого диода возможно применением метода эпитаксиального (МОС-гидридная эпитаксия и молекулярно-лучевая эпитаксия) выращивания, а также лазерного нанесения и комбинацией этих методов.
Выбор материалов для формирования слоев гетероструктуры и толщина слоев определяются многими факторами, в том числе, требуемой длиной волны формируемого излучения, шириной полосы излучения, условиями эксплуатации диода и др.
Слой 3 выполнен из полупроводника, сильно легированного атомами переходных элементов группы железа Периодической системы, например Mn, Co, Cr, Fe, а его толщина может быть менее 1 монослоя (0,05-1,0 монослоя), т.е. распределение легирующих атомов переходных элементов в этом слое может иметь вид дельта-функции. Для каждой конкретной гетероструктуры при использовании той или иной технологии или того или иного вида атомов переходных элементов существует оптимальная толщина (например, при использовании Mn толщина слоя составляет 0,18-0,5 монослоя, при использовании Cr - 0,2-0,4 монослоя).
Длина волны излучения и интенсивность в основном определяются составом материала слоя 2, его толщиной, а также видом локализации носителей. При двумерной локализации слой 2 является квантовой ямой, а при нульмерной локализации слой 2 представляет собой массив квантовых точек.
В качестве материала для слоя 2 в виде квантовой ямы используют полупроводник, имеющий более узкую запрещенную зону, чем материал подложки 1. В частном случае, если материалом подложки 1 является GaAs, то слой 2 может быть выполнен из твердого раствора InxGa1-xAs, при этом нежелательно, чтобы значение x превышало величину 0.3. Это связано с тем, что между полупроводником GaAs (широкозонный полупроводник, ширина запрещенной зоны Eg составляет 1.43 эВ) и полупроводником InAs (узкозонный полупроводник с Eg=0.35 эВ) существует рассогласование кристаллических решеток, которое при некоторой критической толщине слоя InxGa1-xAs приводит к релаксации механических напряжений с образованием дислокаций на границе раздела слоев 1 и 2 и, как следствие, к увеличению скорости безызлучательной рекомбинации носителей в гетероструктуре и к снижению интенсивности формируемого излучения.
В частном случае, при выборе слоя 2 толщиной ≈10 нм и при x≈0.2 длина волны излучения составляет ~1 мкм и релаксация механических напряжений отсутствует.
С увеличением значений x длина волны формируемого излучения увеличивается.
Спиновая поляризация носителей может быть реализована в гетероструктуре из различных полупроводниковых материалов (p-типа, n-типа или нелегированных полупроводников). С точки зрения достижения приемлемых значений спиновой поляризации носителей основным требованием, предъявляемым к совокупности выбираемых материалов, является то, что этими носителями должны быть дырки. Это связано с тем, что ферромагнитное состояние в полупроводниках, сильнолегированных атомами переходных элементов (GaAs<Mn>, GaSb<Mn>, InAs<Mn>и GaN, легированный Mn, Cr, Co, Fe), осуществляется путем косвенного обменного взаимодействия с участием дырок, а сами ферромагнитные слои имеют p-тип проводимости. С учетом этого инжектирующий электрод 5 должен обеспечить эффективную инжекцию в гетероструктуру именно дырок, а подложку 1 целесообразно выполнить из полупроводника n-типа. Электрод 5 можно выполнить из металла, образующего с полупроводниковым слоем 4 барьер Шоттки, при этом можно использовать неферромагнитный металл, например Au. Возможен вариант выполнения электрода 5 в виде полупроводника p-типа, выращенного на слое 4.
Для минимизации потерь инжектированных дырок на рекомбинацию в слое 4 последний желательно выполнить из нелегированного полупроводника.
При выборе материалов следует учитывать и другие факторы. Так, например, атомы переходных элементов группы железа имеют высокие коэффициенты диффузии в полупроводниках, что может создать определенные проблемы при изготовлении диода. Это связано с тем, что, попадая диффузионным путем (например, в процессе эпитаксиального выращивания нелегированного слоя 4 и нанесения инжектирующего электрода 5) в излучающий слой 2, эти атомы служат причиной гашения электролюминесценции за счет появления центров безызлучательной рекомбинации. Для подавления этого эффекта между ферромагнитным слоем 3 и излучающим слоем 2 можно использовать промежуточный слой 7, служащий барьером для диффузии атомов переходных элементов.
Интенсивность формируемого излучения и степень круговой поляризации излучения в таком диоде немонотонно зависят от толщины промежуточного слоя 7. При увеличении толщины слоя 7 до значений более 5 нм степень круговой поляризации излучения резко падает, очевидно, ввиду снижения магнитного взаимодействия между дырками в слое 2 и атомами переходных элементов в слое 3. При значениях толщины слоя 7 более 10 нм уменьшается интенсивность излучения из слоя 2. С точки зрения достижения приемлемых параметров (интенсивности и степени круговой поляризации излучения) оптимальная толщина слоя 7 составляет 3-5 нм; при такой толщине интенсивность электролюминесценции является достаточно высокой, а степень круговой поляризации наибольшая.
В частном случае гетероструктуры, выращенной на подложке n-GaAs и содержащей в качестве излучающего слоя 2 квантовую яму InxGa1-xAs и слой 3, легированный Mn, промежуточный слой 7 может быть выполнен из нелегированного GaAs.
Другими вариантами гетероструктуры диода со слоем 2 в виде квантовой ямы могут быть пары InGaAs/InP, InGaN/GaN, GaAs/AlGaAs и др. При выполнении слоя 2 в виде квантовых точек гетероструктура диода может быть на основе GaAs и InAs.
Выбор материала для базового электрода 6 определяется обеспечением надежного омического контакта с полупроводниковой структурой.
Электроды 5 и 6 желательно защитить от воздействия окружающей среды, поэтому их изготавливают из неокисляющегося материала, например Au, или изготавливают двухслойными, при этом внешний слой выполняется из неокисляющегося материала.
Для уменьшения плотности дислокаций, которые могут проникать из подложки 1 в вышележащие слои гетероструктуры и, в первую очередь, в излучающий слой 2, между подложкой 1 и слоем 2 целесообразно введение буферного слоя 8. Выращивание слоя 8 производится на первом этапе эпитаксиального процесса. Слой 8 представляет собой полупроводник n-типа толщиной 0,3-0,5 мкм.
В общем случае каждый слой гетероструктуры может быть выполнен составным, т.е. состоять из нескольких подслоев из одних и тех же или разных материалов, выбор которых определяется требованиями, предъявляемыми к данному элементу гетеростуктуры для выполнения его основной функции.
Формирование излучения в диоде происходит следующим образом.
При приложении к инжектирующему электроду 5 потенциала, прямого по отношению к базовому электроду 6 и понижающего высоту потенциального барьера, в гетероструктуру инжектируются носители (дырки), которые достигают излучающего слоя 2. В системе «магнитные атомы в слое 3 с ферромагнитными свойствами - инжектированные дырки в излучающем слое 2» происходит магнитное взаимодействие, следствием чего является то, что под действием магнитных моментов атомов ферромагнитного полупроводника инжектированные носители в слое 2 приобретают спиновую (ориентацию) поляризацию.
В слое 2 инжектированные спин-поляризованные носители рекомбинируют с носителями противоположного знака, пришедшими в этот слой из подложки 1, с образованием фотонов, которым в соответствии с квантово-механическими правилами отбора передается магнитный момент +1 или -1, что приводит к формированию излучения с круговой левой или правой поляризацией, соответственно.
Для дополнительного повышения степени круговой поляризации излучения диодную структуру, как и в случае прототипа, помещают во внешнее магнитное поле.
Роль внешнего магнитного поля заключается в следующем. В исходном состоянии (без внешнего магнитного поля) ферромагнитный слой 3 разбит на домены. Вклады в спиновую ориентацию носителей от противоположно намагниченных доменов вычитаются и в целом по всей плоскости структуры ориентация нулевая. Роль внешнего магнитного поля состоит в ориентации доменов и образовании (при увеличении магнитного поля) однодоменного состояния, когда достигается максимальная суммарная степень спиновой поляризации носителей.
Приведенные в настоящем описании гетероструктуры не исчерпывают всех возможностей получения диода с использованием слоя с ферромагнитными свойствами для реализации в гетероструктуре спиновой поляризации носителей, приводящей к формированию излучения с круговой поляризацией. Гетероструктура может содержать также другие слои, улучшающие параметры диода и не блокирующие эффект спиновой поляризации носителей в такой гетероструктуре.
Claims (9)
1. Светоизлучающий диод, основанный на спиновой поляризации носителей в полупроводниковой гетероструктуре, включающей подложку, излучающий слой и базовый и инжектирующий электроды, отличающийся тем, что он дополнительно содержит нелегированный полупроводниковый слой и сильнолегированный атомами переходных элементов группы железа Периодической системы полупроводниковый слой с ферромагнитными свойствами, при этом слой с ферромагнитными свойствами расположен над излучающим слоем, а дополнительный нелегированный полупроводниковый слой расположен между слоем с ферромагнитными свойствами и инжектирующим электродом.
2. Светоизлучающий диод по п.1, отличающийся тем, что между излучающим слоем и слоем с ферромагнитными свойствами расположен промежуточный полупроводниковый слой, препятствующий диффузии атомов переходных элементов группы железа в излучающий слой.
3. Светоизлучающий диод по п.2, отличающийся тем, что промежуточный слой выполнен из нелегированного полупроводникового материала.
4. Светоизлучающий диод по п.2, отличающийся тем, что промежуточный слой выполнен из того же материала, что и дополнительный слой.
5. Светоизлучающий диод по п.1, отличающийся тем, что между подложкой и излучающим слоем расположен буферный слой.
6. Светоизлучающий диод по п.1, отличающийся тем, что инжектирующий электрод выполнен из материала, образующего барьер Шоттки с нижерасположенным дополнительным нелегированным полупроводниковым слоем.
7. Светоизлучающий диод по п.6, отличающийся тем, что инжектирующий электрод выполнен из неферромагнитного металла.
8. Светоизлучающий диод по п.1, отличающийся тем, что инжектирующий электрод выполнен в виде полупроводникового слоя р-типа.
9. Светоизлучающий диод по п.1, отличающийся тем, что гетероструктура диода выполнена на основе материалов, включающих элементы III и V групп Периодической системы.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009119305/28A RU2400866C1 (ru) | 2009-05-22 | 2009-05-22 | Светоизлучающий диод |
PCT/RU2010/000258 WO2010134852A2 (ru) | 2009-05-22 | 2010-05-21 | Светоизлучающий диод |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009119305/28A RU2400866C1 (ru) | 2009-05-22 | 2009-05-22 | Светоизлучающий диод |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2400866C1 true RU2400866C1 (ru) | 2010-09-27 |
Family
ID=42940525
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009119305/28A RU2400866C1 (ru) | 2009-05-22 | 2009-05-22 | Светоизлучающий диод |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2400866C1 (ru) |
WO (1) | WO2010134852A2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2555767C1 (ru) * | 2014-05-13 | 2015-07-10 | Алексей Викторович Шторм | Способ и устройство магнитного крепления светодиодного модуля к светопрозрачному листу |
RU2593868C2 (ru) * | 2011-05-31 | 2016-08-10 | ООО "Совершенные кристаллы" | Способ и устройство для изготовления обособленных кристаллов нитридов элементов iii группы |
-
2009
- 2009-05-22 RU RU2009119305/28A patent/RU2400866C1/ru active
-
2010
- 2010-05-21 WO PCT/RU2010/000258 patent/WO2010134852A2/ru not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2593868C2 (ru) * | 2011-05-31 | 2016-08-10 | ООО "Совершенные кристаллы" | Способ и устройство для изготовления обособленных кристаллов нитридов элементов iii группы |
RU2555767C1 (ru) * | 2014-05-13 | 2015-07-10 | Алексей Викторович Шторм | Способ и устройство магнитного крепления светодиодного модуля к светопрозрачному листу |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2010134852A2 (ru) | 2010-11-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8314415B2 (en) | Radiation-emitting semiconductor body | |
US7737451B2 (en) | High efficiency LED with tunnel junction layer | |
US5804834A (en) | Semiconductor device having contact resistance reducing layer | |
KR100371511B1 (ko) | 스핀편광 주입 캐리어의 재결합 또는 소멸에 따른 편광광방출기술 | |
US6987281B2 (en) | Group III nitride contact structures for light emitting devices | |
KR101662202B1 (ko) | 발광 다이오드 | |
US7254150B2 (en) | Circular polarization spin semiconductor laser using magnetic semiconductor and laser beam generating method | |
US20130292638A1 (en) | Superlattice Structure | |
KR20130060256A (ko) | 심 자외선 발광 다이오드 | |
US20050098793A1 (en) | Nitride based semiconductor photo-luminescent device | |
US20150207029A1 (en) | Superlattice Structure | |
KR100691283B1 (ko) | 질화물 반도체 소자 | |
CN110571311B (zh) | 一种多量子阱结构、光电器件外延片及光电器件 | |
US20240097066A1 (en) | Semiconductor structure with superlattices | |
US9634184B2 (en) | Optoelectronic semiconductor device | |
KR100330228B1 (ko) | 2차원 전자가스층을 갖는 양자구조의 질화물 반도체 발광소자의제작방법 | |
CN113257968B (zh) | 一种具有氮极性面n型电子阻挡层的发光二极管 | |
RU2400866C1 (ru) | Светоизлучающий диод | |
KR20090084583A (ko) | 질화물 반도체 발광소자 | |
Lee et al. | Nitride-based green light-emitting diodes with various p-type layers | |
Wong et al. | Progress in III-Nitride Tunnel Junctions for Optoelectronic Devices | |
CN111326616A (zh) | 一种半导体发光元件 | |
JP7291357B1 (ja) | 紫外発光素子およびそれを備える電気機器 | |
RU162411U1 (ru) | Светоизлучающий диод на основе гетероструктуры второго рода | |
CN213304155U (zh) | 一种降低侧壁缺陷复合的Micro-LED芯片结构 |