Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
волоконно-оптических линий связи.
12.3.1. Светодиоды видимого диапазона
Эффективность воздействия света на глаз человека определяется функцией
относительной видности глаза V (к), зависящей от длины волны. На рис. 6
приведена функция относительной видности глаза при угле зрения 2°,
определенная Международной комиссией по освещению (МКО) [2].
Чувствительность глаза максимальна на длине волны 0,555 мкм (У (0,555) ==
1,0) и спадает до нуля при длинах волн 0,39 и 0,77 мкм, соответствующих
краям видимого диапазона спектра. Эффективность использования лучистой
энергии при зрительном восприятии характеризуется яркостью лучистой
энергии. Для стандартного фотометрического
Светодиоды и полупроводниковые лазеры
279
Л, МКМ
Рис. 6. Функция относительной видности глаза, определенная Международной
комиссией по освещению (МКО) для стандартного фотометрического
наблюдателя. Обозначены основные цветовые зоны видимого излучения.
наблюдателя 1 Вт лучистой энергии в максимуме чувствительности глаза
(0,555 мкм) соответствует 680 лм. На рис. 6 показаны шесть основных
цветовых участков видимого диапазона от фиолетового до красного.
Материалы для светодиодов видимого диапазона. Поскольку глаз чувствителен
только к свету с энергией hv> 1,8 эВ (~0,7 мкм), то полупроводники,
которые могут быть использованы для создания светодиодов видимого
диапазона, должны иметь ширину запрещенной зоны больше этого значения. На
рис. 7 приведен перечень полупроводников, представляющих интерес с этой
точки зрения. Заштрихованные прямозонные полупроводники особенно важны
для электролюминесцентных приборов, так как излучательная рекомбинация в
них является процессом первого порядка (протекает без участия фононов) и
ожидаемая квантовая эффективность должна быть значительно более высокой,
чем для полупроводников с непрямой зоной, в которых при переходах
возбуждаются фононы. Среди всех приведенных на рис. 7 полупроводников
наибольший интерес представляет GaAst_rPe, относящийся к соединениям типа
Л111 - Bv.
На рис. 8, а приведена зависимость ширины запрещенной зоны GaAs^P* от
молярного содержания компонента [201. В диапазоне 0 < х < 0,45
запрещенная зона прямая, а ее ширина увеличивается от Eg = 1,424 эВ при
л: = 0 до Es = 1,977 эВ при
280
Глава 12
Еа(зВ)
Относительная чудствитель -ность глаза
ZnS
/777
(3.8)
GnM
mi
гн
4Н
6Н
ZnO
/777
aSiC
Be Те
/777
:ПОг
7777
CuCt
/777
CuBr
/777
CuA-5 s2 /777
Go2 S3
Zn Se /777
Go3
A? P CdS
flSiC'777
znTe
6a P /7/7
1 A I A j*
In, О
г
M GaAs
/777
ZnP-
CoAfcSe2
/777
AgGcS2
CuGqS2
/777
2_ MgSiP2
?77 7717 CdP
GaSe CdSiP, /777 Си,О /777 BP
CdSe
/7777,
jfj-j Zn Si Asg ZnSiP2 7777
A4Sb
CdTe
/7777
InP
Agins2 .
ZnGeP,
/ГП Ag6aSe2
CdGeP2/777
7777
7777 С uGaSe2
Culn S2 7777
Рис. 7. Полупроводники, на основе которых могут быть созданы светодиоды
со спектром излучения, включающим диапазон видимого света [2].
х - 0,45. При х >* 0,45 полупроводник становится непрямозонным. На рис.
8, б приведена зависимость энергии от волнового вектора для нескольких
значений х [30], из которой следует, что зона проводимости имеет два
минимума. Те минимумы, которые расположены в точке Г, являются прямыми,
тогда как другие, расположенные на оси х, непрямые. Электроны в прямом
минимуме зоны проводимости и дырки в максимуме валентной зоны обладают
одинаковыми квазиимпульсами; электроны в непрямом минимуме имеют другое
значение квазиимпульса. Для таких прямозонных полупроводников, как GaAs и
GaAs^P* (х с 0,45), квазиимпульс при междузонных переходах сохраняется,
поэтому эти переходы характеризуются высокой степенью вероятности.
Светодиоды и полупроводниковые лазеры
281
При этом энергия фотона приблизительно равна ширине запрещенной зоны
полупроводника, В прямозонных материалах процесс излучательной
рекомбинации является доминирующим. В то же время для GaAs^P^ при х >
0,45 и GaP, у которых запрещенная зона непрямая, вероятность междузонных
переходов чрезвычайно мала, поскольку в этом случае для преобразования
квазиимпульса при переходе требуется участие фононов или других факторов
рассеяния. Поэтому для усиления излучательных процессов в непрямозонных
полупроводниках, таких, например, как GaP, специально создаются
рекомбинационные центры.
Эффективные центры излучательной рекомбинации в GaAs^P*. могут быть
созданы путем внедрения специальных примесей, например азота [31 ]. Азот,
введенный в полупроводник, замещает атомы фосфора в узлах решетки. Азот и
фосфор имеют одинаковую внешнюю электронную структуру (оба относятся к V
группе элементов периодической системы), а структуры их внутренних
оболочек сильно различаются. Это приводит к возникновению вблизи зоны
проводимости электронного уровня захвата. Полученный таким образом
рекомбинационный центр называется изоэлектронным центром. В нормальном
состоянии изоэлектрон-ные центры нейтральны. В материале р-типа
инжектированный электрон сначала захватывается на центр. Заряженный
