ВЛИЯНИЕ АНОДНОГО ОКСИДА АЛЮМИНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМОГО В КАЧЕСТВЕ РАЗДЕЛИТЕЛЬНОГО ДИЭЛЕКТРИКА КРЕМНИЕВЫХ ЛАВИННЫХ СВЕТОДИОДОВ, НА ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ

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.

1. Pavesi L., Lockwood D.J. Silicon photonics III. Topics in Applied Physics. Berlin: Springer; 2016.

2. Lazarouk S., Jaguiro P., Leshok A., Borisenko V. Reverse biased porous silicon light-emitting diodes for optical intra-chip interconnects. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. 2003;16(03&04):495-498. DOI: 10.1016/S1386-9477(02)00655-0.

3. Лазарук С., Батуревич А. Перспективы лавинных светодиодов на основе пористого кремния для оптических межсоединений. Известия Белорусской инженерной академии. 1999;07(01&02):147-149.

4. Lazarouk S., Leshok A., Kozlova T., Dolbik A., Le Dinh Vi, Ilkov V., Labunov V. 3D Silicon Photonic Structures Based on Avalanche LED with Interconnections through Optical Interposer. International Journal of Nanoscience. 2019;18(03&04):1940091(1-5). DOI: 10.1142/S0219581X1940091X.

5. Chatterjee A., Bhuva B., Schrimpf R. High-speed light modulation in avalanche breakdown mode for Si diodes. IEEE Electron Device Letters. 2004;25(09):628-630. DOI: 10.1109/LED.2004.834247.

6. Dutta S., Steeneken P.G., Agarwal V., Schmitz J., Annema A.-J., Hueting R.J. The avalanche-mode superjunction LED. IEEE Transactions on Electron Devices. 2017;64(04):1612-1618. DOI: 10.1109/TED.2017.2669645.

7. Du Plessis M., Joubert T.-H. Silicon nanowire hot electron electroluminescence. International Society for Optics and Photonics. 2017;10036:1003605(1-7). DOI: 10.1117/12.2243336.

8. Xu K. Silicon MOS optoelectronic micro-nano structure based on reverse-biased PN junction. Physica Status Solidi A. 2019;216(07):1800868(1-9). DOI: 10.1002/pssa.201800868.

9. Lazarouk S.K, Leshok A.A., Labunov V.A., Borisenko V.E. Efficiency of avalanche light-emitting diodes based on porous silicon. Semiconductors. 2005;39(1):136-138. DOI: 10.1134/1.1852663.

10. Ле Динь Ви, Купреева О.В., Дудич В.В., Филипеня В.А., Лазарук С.К. Влияние поверхностного потенциала анодных алюмооксидных пленок на их зарядовые свойства. Доклады БГУИР. 2019;5(123):72-78. DOI: 10.35596/1729-7648-2019-123-5-72-78.

11. Sze S.M. Physics of Semiconductor Devices. Second Edition. New York: John Wiley & Sons; 1981.