Rev. Phys. Appl. (Paris) 13, 661-666 (1978)
DOI: 10.1051/rphysap:019780013012066100

Properties of Ga1-yAlyAs 1-xSbx/GaAs1- xSbx double heterojunction electroluminescent diodes

J. Varon, M. C. Boissy et J. Lebailly

R.T.C. La Radiotechnique Compelec, B.P. 6025, 14001 Caen, France

Abstract
The need for light sources and detectors in optical communications has stimulated the evaluation of physical properties of the GaAs1- xSbx/Ga1-yAl yAs1-xSbx double heterojunction. In this paper the research is limited to the composition range 0 ≤ x ≤ 0.25, which corresponds to the spectral range 0.9-1.2 μm, specially attractive for optical fiber communications because of the lowest absorption and dispersion losses. In this research the metallurgical study is an important feature ; during the LPE growth, lattice matching has to be performed between the GaAs substrate and the ternary active layer. This is carried out by a particular step-greading technic where the compositional steps have to be progressively increased from the bottom to the top of the buffer layer. The results of the material characterization and of the measurements of properties of the double heterojunction devices thus performed are compatible and point out that the radiative transition efficiency decreases as the antimony content in the active layer is increased. This is ascribed to the degradation of the crystalline quality occurring when the lattice mismatch is too large to be solved by the step-grading buffer layer. So that the working range of GaAsSb is reduced to 0.9 to 1.1 μm where its electroluminescence performances are quite satisfactory and justify the interest of this compound.

Résumé
L'étude des hétérostructures GaAs1-xSb x/Ga1-yAlyAs 1-xSbx se justifie par le grand intérêt que présentent ces composés en particulier dans le domaine des transmissions par fibre optique. La gamme de compositions explorée dans cet article (0 ≤ x ≤ 0,25) est à même de conduire à des dispositifs dont le domaine d'utilisation se trouve dans la bande spectrale 0,9 à 1,2 μm, ce qui permet de bénéficier des propriétés de faible absorption et surtout de faible dispersion des fibres. La croissance de ces matériaux se fait par épitaxie liquide, au cours de laquelle on doit réaliser une adaptation de maille entre le substrat de GaAs et la couche active de GaAsSb. La forme optimale de cette couche tampon est une gradation par sauts dans laquelle l'écart de composition entre deux couches successives doit augmenter progressivement en partant du substrat. La caractérisation du matériau ternaire ainsi élaboré et l'analyse des performances des dispositifs réalisés à l'aide de l'hétérostructure se rejoignent et mettent en évidence une décroissance de l'efficacité des transitions radiatives lorsque la composition en antimoine de la couche active augmente. On l'explique par la dégradation de la qualité cristalline du matériau lorsque le désaccord de maille devient trop important pour être totalement pris en charge par la couche tampon. Ceci conduit à limiter le domaine d'utilisation du GaAsSb entre 0,9 et 1,1 μm, intervalle où ses bonnes performances en électroluminescence le désignent comme un matériau tout à fait adapté à cet usage.

PACS
0510D - Epitaxial growth.
2520D - II VI and III V semiconductors.
4260D - Light emitting diodes.

Key words
aluminium compounds -- cathodoluminescence -- gallium arsenide -- gallium compounds -- III V semiconductors -- light emitting diodes -- liquid phase epitaxial growth -- p n heterojunctions -- scanning electron microscope examination of materials -- electroluminescent diodes -- LPE growth -- lattice matching -- buffer layer -- radiative transition efficiency -- optical fibres communications -- semiconductor devices -- Ga sub 1 y Al sub y As sub 1 x Sb sub x GaAs sub 1 x Sb sub x double heterojunctions -- step grading technique -- SEM analysis -- cathodoluminescence analysis