Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
зуются энергией, меньшей Sg на глубину потенциальных і ям A#: fcvMaKC » ^ — 2Д^, и поэтому слабо поглогЦают-ся в кристалле (а < 100 см-1). Одновременно эти переходы имеют высокую инерционность (быстродействие С. і примерно 0,5—1,5 мке), т, к, плотность состояний на дне потенциальных ям мала. В связи с низким коаф. поглощения внеш. квантовый вход излучения для приборов с полусферич. кристаллом достигает Tjbh ж 28%. !¦
В непрям озонных полупроводниках (GaP, GaAsl-XP3c при х > 0,4 и др.) эфф. излуча* тельная рекомбинация может осуществляться только при наличии определённого примесного центра, изо-электронно замещающего один из атомов соединения. >
Роль этого центра заключается в том, что на иём образуется связанный экситон. Например, для GaP таким центром являются N, обусловливающий зелёное свечение, и комплекс Zn — О, обусловливающий красное свечение. Азот в GaP изоэлектронио замещает Fj. Ввиду того что N имеет меиыиий ат. номер, чем Pi, меньший иониый радиус и отличается по электроотри- ,
цательиости, то образовавшийся нейтральный центр, f
притягивает электрон короткодействующими силами.' После захвата электрона дырка притягивается к заряж. центру кулоновскими силами и реализуется излучат. ^
переход. Этот экситониый излучат, переход обусловив* [.
вает бесфонониую линию Л и её фон онн ые повторений [і
в спектре излучения. I
В непрямозонных полупроводниках наблюдается тай- I
же эфф. доиорно-акцепториая рекомбинация, прй ¦
к-рой носители захватываются на свои примесные цент^' і ры, а затем электрон переходит с донора на акцептор |
в акте излучат, рекомбинации. Примером может служить рекомбинация иа доиорно-акцепториой таре;
Al — Nb 6Н — SiC и 4Н — SiC1 приводящая к полу* чеиию синего (Ямакс 480 нм) и фиолетового (Ямакс 1
« 423 им) свечения.
Для осуществления прямых переходов при большзф ширине запрещённой зоны, чем дают бинарные соеди-, ,
нения GaAs, InP и др., применяют трёхкомпонеитные' твёрдые растворы прямозоииых бинарных соединений! с малой и непрямо-зоиных бинарных соединений с большой Sg. Примером такого соединения является GaAs1-^P3c, для к-рого Г-минимум прямых переходов расположен ниже X-минимума непрямых переходов (см. Зонная теория) в значительной области составов. Твёрдые растворы GaAs1-JcPac и Ga1-JcAl3cAs сохраняют препм. прямые переходы до энергий, соответствующих красному цвету све-чеиия, а твёрдые растворы Ga3cIn1-JtP и Al3cIn1^acP
— до энергия, соответствующих жёлтому и зелёному цветам свечения (рис. 1).
В целях расширения спектрального диапазона излучения применяют также четверные соединения с изовалеитиым замещением одновременно элементов III и V групп периЫ дической системы элементов. Примером является соедй- I иение GaxIn1-JcPyAs1-J,, позволяющее получить йзлу^ чеиие в важном для BOJIC диапазоне длин волк ^иакс равна 1,3 и 1,5 мкм.
Для снижения потерь света иа поглощение внутри кристалла С. используют «широкозонное окно», к-ров позволяет вывести свет Hrf активной области гетерострук*
э8
2,6
2,4 2,2 2,0 7,8 1.6 IЛ
е j / /
300К Г / / /
/
/ / ^2
«с _ " 2 -•"у I I
/. йс.ЗВ Xe / Ga (-г Al, As 2,02 0,37 GaAShxP1 1,99 0.46 GaxInhlP 2,18 ,0,72 AIxInhxP 2,33 0,«
' О 0,2 0,4? 0,8 8,8 . я'.
Рис. 1. Минимумы ЗОНЫ QpOMr димости GraAs1^jP* для прямого (Г, кривая 1) и непрям ого (X, кривая 2) переходов в зависимости от состава твёрдого раствора,
туры через широкозонный эмиттер без потерь на меж-зоиное поглощение.
Перензлучение света, излучаемого в направлении к подложке, в спец, фотолюмниесцентиом слое, ширина запрещённой зоны к-рого меньше или равна ширине запрещённой зоиы активной области, позволяет в
2—2,5 раза повысить т]вн. Эти гетероструктуры (рис, 2)
Рис. 2. Схематическое изображение изменения ширины запрещённой зоны гете-роэлитаксиалъных ФЭЛ-етруктур: і — область излу-чательной рекомбинации; г — область переизлучения.
Характеристики светодиодов
называют фотоэлектролюминесцеитными (ФЭЛ-струк-турами).
В ДГ, содержащей активную узкоэоииую область, заключённую между двумя широкозонными эмиттерами, прозрачными для генерируемого излучения, и не содержащей поглощающий свет подложки (т. и. многопроходные двойные гетероструктуры, МДГ), фотоны, отразившиеся от поверхности внутрь кристалла, могут после многократных отражений внести вклад в выходящее излучение. При этом потерь фотонов иа поглощение в активной области Ga1^scAl3eAs ие наблюдается в связи с тем, что поглощение происходит с пере-излучеиием, квантовый выход к-рого близок к 1. Мио-гопроходиость приводит к резкому возрастанию г|вн. Так, в С. на основе МДГ Ga1^xAlxAs (рис. 3) достигнут т]вн — 21% в красной области спектра и 38% в ИК-диапазоие.
Для снижения потерь света иа полное внутреннее отражение на границе полупроводника с окружающей средой применяют следующие меры. 1) Выполняют кристалл в виде полусферы илн усечённой сферы (сферы Вейерштрасса); в этом случае размер р — n-перехода существенно меньше диаметра полусферы; 2) помещают кристалл в среду с показателем преломления ГСВ03Д < п < мп для увеличения кри-тич. угла (напр., использование прозрачного эпоксидного компаунда с п — 1,5—1,6 увеличивает выход излучения из кристалла в 2,5—3 раза); 3) применяют
