Вероятность - излучательная рекомбинация
Cтраница 2
Если это - полупроводник с прямой запрещенной зоной и в нем разрешены электрические дипольные переходы, то вероятность излучательной рекомбинации е - h пар очень велика. Вследствие этого полупроводники высокого качества с прямой запрещенной зоной, такие как GaAs, оказываются источниками интенсивного излучения с энергией, равной ширине запрещенной зоны. В полупроводниках с непрямой запрещенной зоной, таких как Si и Ge, e - h пары могут излучательно реком-бинировать только при переходах с участием фононов. [17]
В арсениде галлия велика вероятность излучательной рекомбинации, поэтому ее необходимо учитывать при рассмотрении процессов в диодах на полуизолирующем GaAs. В [26] была предложена модель, связывающая появление ОС с поглощением рекомбинационного излучения. При инжекции носителей тока около р - i-перехода ( р - i - / г-диод) возникает рекомбина-ционпое излучение, которое поглощается в базовой области и увеличивает концентрацию неравновесных носителей тока вдали от р - i-перехода. ОС будет возникать, если эффективность этого процесса с ростом тока увеличивается. [18]
 |
Спектральные характеристики различных светодиодов. [19] |
Иногда для легирования используют нейтральные прпмеси. В случае фосфида галлия вероятность излучательной рекомбинации может быть заметно повышена, если межзонный переход будет идти через промежуточный нейтральный центр. Таким центром может быть азот, который является изоэлектронной примесью, и пара Zn: О, которая также нейтральна. Концентрация азота в фосфиде галлия может достигать 1019 см - 3, тогда как концентрация пар Zn: О не превышает 101 см-3. Малая концентрация центров свечения приводит к насыщению зависимости яркости от плотности тока уже при 10 А - см-2 в случае легированного цинком и кислородом фосфида галлия с красным свечением. [20]
В полупроводниковых лазерах излучение генерируется в результате рекомбинации электронов и дырок при прохождении тока через прямосмещенный р - n - переход. Лазеры на основе GaAs, для которого вероятность излучательной рекомбинации очень высока, излучают на длинах волн 0 84 мкм при Г93 К и 0 92 мкм при Т 300 К. Для избежания перегрева кристалл охлаждают. При меньших токах возбуждения излучение становится спонтанным и ширина линий спектра излучения увеличивается. В этом случае источник работает в светодиодном режиме. В последнее время созданы эффективные инжекционные лазеры на гетеропереходах. [21]
Рассмотрим сравнительную вероятность излучательной и без-ызлучательной рекомбинации в различных полупроводниках. Ван-Русбрек и Шокли, применив принцип детального равновесия к термодинамически равновесному рекомбинационному излучению, получили, что вероятность излучательной рекомбинации в некоторой спектральной области связана с вероятностью поглощения света, определяемой коэффициентом поглощения в той же. Оказалось, что излучательная межзонная рекомбинация вносит существенный вклад в суммарную скорость рекомбинации в полупроводниках, когда ширина запрещенной зоны не превышает 0 5 эВ и когда абсолютные экстремумы валентной зоны и зоны проводимости находятся при одинаковых значениях волнового вектора. [22]
Рассмотрим сравнительную вероятность излучательной и без-излучательной рекомбинации в различных полупроводниках. Ван-Русбрек и Шокли, применив принцип детального равновесия к термодинамически равновесному рекомбинационному излучению, получили, что вероятность излучательной рекомбинации в некоторой спектральной области связана с вероятностью поглощения света, определяемой коэффициентом поглощения в той же области спектра. Оказалось, что излучательная межзонная рекомбинация вносит существенный вклад в суммарную скорость рекомбинации в полупроводниках, когда ширина запрещенной зоны не превышает 0 5 эВ и когда абсолютные экстремумы валентной зоны и зоны проводимости находятся при одинаковых значениях волнового вектора. [23]
Рассмотрим сравнительную вероятность излучательной и без-ызлучательной рекомбинации в различных полупроводниках. Ван-Русбрек и Шокли, применив принцип детального равновесия к термодинамически равновесному рекомбинационному излучению, получили, что вероятность излучательной рекомбинации в некоторой спектральной области связана с вероятностью поглощения света, определяемой коэффициентом поглощения в той же. Оказалось, что излучательная межзонная рекомбинация вносит существенный вклад в суммарную скорость рекомбинации в полупроводниках, когда ширина запрещенной зоны не превышает 0 5 эВ и когда абсолютные экстремумы валентной зоны и зоны проводимости находятся при одинаковых значениях волнового вектора. [24]
 |
Зависимость электролюминесценции GaAs р-типа ( легированного Zn от концентрации примеси. Концентрация приведена в см. Т 4, 2 К. [25] |
Условие сохранения волнового вектора при переходах зона-примесь ослаблено вследствие того, что дефекты нарушают трансляционную симметрию кристалла. Поэтому электрон в зоне проводимости может рекомбинировать с дыркой на акцепторе независимо от своего волнового вектора. Вероятности излучательной рекомбинации для переходов зона-примесь в полупроводниках типа цинковой обманки с прямой запрещенной зоной были вычислены Думке [ 7.191 и сравнивались с вероятностями переходов зона-зона. [26]
Энергетической характеристикой излучающих диодов ( светодиодов) является квантовая эффективность, которая определяется как отношение числа излучаемых во вне фотонов к числу электронов, проходящих через р-п-переход. Это объясняется большой долей безызлучательных переходов в общем реко мбинационном процессе и малостью доли фотонов, выходящих из светодиода. С понижением температуры вероятность излучательной рекомбинации растет и квантовая эффективность увеличивается. [27]
Светодиоды являются источниками некогерентного излучения. Они изготовляются на основе полупроводниковых материалов, вероятность излучательной рекомбинации в которых высока. Один из основных параметров светодиодов - длина волны излучаемого света, которая определяет цвет излучения. [28]
В экспериментах по фотолюминесценции ( ФЛ) всегда возбуждается одинаковое число электронов и дырок. Поскольку концентрации собственных носителей п и р обычно очень малы, сравнительно легко путем оптического возбуждения создать в собственном полупроводнике достаточно носителей пе пп п р для того, чтобы п и pi стали пренебрежимо малы. Если сохранение волнового вектора не является необходимым условием ( что может быть связано с присутствием дефектов), то вероятность излучательной рекомбинации ( l / Vraci) для каждого оптически возбужденного носителя равна п / тг), где п пе пп. [29]
Аналогично ведут себя дырки, инжектируемые в / г-область. На энергетической диаграмме ( рис. 1.1) рекомбинация электрона и дырки соответствует переходу носителя заряда из одного энергетического состояния ( уровень Ес) в другое, характеризующееся некоторым энергетическим уровнем Ev. Выделяемая при этом энергия излучается в виде света или же передается кристаллической решетке. В полупроводниковых материалах с большой шириной запрещенной зоны ( GaAs, GaP, SiC) вероятность излучательной рекомбинации достаточно высока, что и определяет возможность изготовления на их основе источников света. В отличие от указанных материалов, в германии и кремнии процесс рекомбинации носителей с излучением света в обычных условиях мало вероятен. [30]
Страницы: 1 2