Ле Динь Ви, аспирант кафедры микро- и наноэлектроники
20013, г. Минск, ул. П. Бровки, д. 6
Le Dinh Vi, PG student of Micro- and Nanoelectronics Department
220013, Minsk, P. Brovka st., 6
аспирант кафедры ИРТ
20013, г. Минск, ул. П. Бровки, д. 6
PhD. student of Information Radiotechnologies Department
220013, Minsk, P. Brovka st., 6
научный сотрудник НИЛ 4.12
20013, г. Минск, ул. П. Бровки, д. 6
research worker of Lab. 4.12
220013, Minsk, P. Brovka st., 6
к.ф.-м.н., начальник Центра 4.11 НИЧ
20013, г. Минск, ул. П. Бровки, д. 6
Ph.D., head of Center 4.11
220013, Minsk, P. Brovka st., 6
д.ф.-м.н., заведующий НИЛ 4.12 НИЧ
20013, г. Минск, ул. П. Бровки, д. 6
D.Sci., head of laboratory 4.12
220013, Minsk, P. Brovka st., 6
Проведено исследование влияния режимов формирования лавинных светодиодов на основе наноструктурированного кремния на параметры формируемых приборов, такие как напряжение светоизлучения и стабильность функционирования, что является важным фактором для их практического использования при разработке изделий кремниевой фотоники, с развитием которой связывается будущее интегральной электроники. Впервые представлена технологическая операция локального сквозного электрохимического анодирования алюминия в различных электролитах для формирования разделительного диэлектрика контактов Шоттки. Исследовано влияние встроенного электрического заряда в разделительном диэлектрике кремниевых лавинных светодиодов на их вольт-амперные характеристики. Обнаружено, что встроенный отрицательный электрический заряд увеличивает пробивное напряжение контакта Шоттки, что способствует увеличению эффективности светоизлучения диодных структур. Представлено объяснение данного эффекта на основе того, что встроенный отрицательный электрический заряд внутри анодного оксида создает также область пространственного заряда в кремнии, что способствует уменьшению эффекта концентрации силовых линий на краях диодных структур, выполняя функцию защиты контакта Шоттки от краевых эффектов по аналогии с охранными областями. Установлено, что наибольшее напряжение лавинного пробоя наблюдается в диодных структурах с анодным оксидом, сформированном в электролите на основе водного раствора ортофосфорной кислоты. Анализ характеристик светодиодов при различных температурах кремниевых подложек показал увеличение напряжения пробоя с ростом температуры, что свойственно лавинному пробою при ударной ионизации. Получена стабильная генерация излучения сформированными светодиодами в широком диапазоне рабочих напряжений (8–16 В). Проведено обсуждение использования кремниевых лавинных светодиодов как при изготовлении дискретных приборов, так и в интегральной электронике в целом.
A study of the influence of the formation regimes of avalanche LEDs based on nanostructured silicon on the parameters of the formed devices, such as the light emission voltage and the stability of operation has been performed. These parameters are an important factor for the practical use of avalanche LEDs in the development of silicon photonics products, the progress of which is associated with the future of integrated electronics. For the first time, the technological operation of local through electrochemical anodizing of aluminum in various electrolytes for the formation of a separating dielectric of Schottky contacts is presented. The influence of the built-in electric charge in the separation dielectric of silicon avalanche LEDs on their current-voltage characteristics is studied. It was found that the built-in negative electric charge increases the breakdown voltage of the Schottky contact, which results in an increase of the light emission efficiency of the diode structures. An explanation of this effect is presented on the basis that the built-in negative electric charge inside the anode oxide also creates a space charge region in silicon, which helps to reduce the effect of the concentration of field lines at the edges of diode structures, performing the function of protecting the Schottky contact from edge effects as well as protective areas do. It has been established that the highest avalanche breakdown voltage is observed in diode structures with anodic oxide formed in an electrolyte based on an aqueous solution of phosphoric acid. An analysis of the characteristics of LEDs at different temperatures of silicon substrates showed an increase of breakdown voltage with increasing temperature, which is typical for avalanche breakdown during impact ionization. Stable light emission of the formed LEDs was demonstrated in a wide range of operating voltages (8–16 V). The use of silicon avalanche LEDs both as discrete devices and in integrated electronics in general has been discussed.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.