Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
оптические волокна малого диаметра: светодиоды с излучающей поверхностью
и светодиоды с излучающей гранью [39, 40]. В поверхностных излучателях
(рис. 19, а) излучающая область перехода ограничена слоем окисла, а
диаметр контакта обычно составляет 15-100 мкм. Для уменьшения потерь
поглощения и обеспечения плотного контакта излучающей поверхности с
торцом волокна слои полупроводника, через которые проходит излучение,
должны быть очень тонкими (10-15 мкм). В ге!еропереходах (например, GaAs
- A^Ga^As) мощность излучения на выходе может быть повышена за счет
эффекта ограничения носителей, который возникает при окружении слоя
излучательной рекомбинации (например, GaAs) областью полупроводника с
более широкой запрещенной зоной (например, AlJtGn1_,lAs). Подробно этот
эффект рассмотрен в последующих разделах. Гетеропереход может также
служить в качестве окна,
292
Глава 12
Свет
f 1 Ямка ''SO мкм [травления
1
П/416аЛ$ pGa/Js p/4l GaAs р+ GaAs Si02
гт>
ЙГ'|"---
I
*300мкм
X
Тепло- / / " "
отводу ' Полосковый // контакт
/
у*\кЧ00мкм
ч п
i- ii
S . ?
/ / "51 \
даюкг." г
Подложка
Слой оптического
ограничения
Слой ограничения
носителей
Лктидный слой
Слои ограничения
носителей
Слой оптического
ограничения
Шслятор
Слой металла
Рис. 19. Поверхностно-излучаклций светодиод (а) на основе двойной
гетероструктуры AJGaAs, имеющий малую площадь и высокую излучающую
способность и совмещенный со стекловолокном [39], и светодиод е
излучающей гранью на основе двойной гетероструктуры (б) [40].
Светодиоды и полупроводниковые лазеры
293
1
hi)
п~ GaAs (10 )
п-баЛз (S'10")
¦ п~контакт
p+Ga/ls ~*\jO [*¦
.p-Ga/ls (34018)
-р-итж (S'W16)
^p-контакт (Cr/Au)
мкм
Диаметр контакта 30 мкм
¦1=50 м/1 ¦1=30 мЛ
-30 -20 -10 0 10 20 30
Радиальное расстояние, мкм
Рис. 20. Распределение интенсивности света вблизи излучающей поверхноети
еветодиода. На вставке показана структура светодиода |41].
которое не поглощает излучение, возникающее в полупроводнике с меньшей
запрещенной зоной.
При выводе через грань (рис. 19, б) излучение может быть сосредоточено в
относительно направленном луче, что повышает эффективность связи
светодиода с волокнами, имеющими малый приемный угол. Пространственное
распределение излучения при этом аналогично распределению для лазеров на
гетеропереходах, которые рассматриваются в разд. 12.4.
Вставка на рис. 20 иллюстрирует структуру поверхностного излучателя, в
котором область излучения ограничена областью с высоким контактным
сопротивлением [41 ]. Диаметр омического контакта к слою /?+-GaAs
составляет 30 мкм. Слой металлизации Cr/Au вокруг области омического
контакта имеет высокое контактное сопротивление со слоем р-AlGaAs
(концентрация легирования 5* 10lq см-3). Поэтому основная часть тока
протекает через область омического контакта. На рис. 20 приведено
распределение интенсивности света вблизи излучающей поверхности. Видно,
что диаметр области излучения ограничен размером 30 мкм, задаваемым
конфигурацией контакта.
294
Глава 72
10 п 10}в 1019
Концентрация дырок ра, см~3
Рис. 21. Зависимость предельной частоты светодиода от концентрации дырой
в активном слое [42].
Другим важным параметром, который должен учитываться при конструировании
светодиодов для оптических систем связи, является диапазон рабочих
частот. Как следует из уравнений (7) и (10), квантовая эффективность
люминесценции и полное время жизни связаны с временем жизни излучательной
рекомбинации. При внешнем возбуждении скорость полной излучательной
рекомбинации определяется выражением [41а]
RT =Gnp/n0p0, (18)
где G - скорость полной термической генерации. Обычно
это
соотношение записывается следующим образом:
Rr = Впр, (19)
где В - константа излучательной рекомбинации, равная
G/n0pa.
При достаточно низких уровнях возбуждения, таких, что в материале р-типа
р р0, время жизни излучательной рекомбинат;" становится равным
тг = (п - n0)/Rr с* \/Вр0, (20)
Светодиоды и полупроводниковые лазеры
295
а для материала n-типа, когда п ^
тг = (р - po)/Rr - УВп0, Предельная частота светодиода
(21)
(22)
Цели тг <5т"г, то т в уравнении (22) становится близким к тг. Таким
образом, как следует из уравнений (20) и (21), при увеличении
концентрации тг уменьшается, а /с растет. Результаты теоретического
расчета и экспериментальные данные измерения зависимости предельной
частоты от концентрации дырок для светодиода гга основе гетероструктуры с
выводом излучения через поверхность приведены на рис. 21 [42]. Видно, что
экспериментально измеренная предельная частота возрастает с концентрацией
p0t что находится в соответствии с уравнениями (10) и (20). Для
достижения высоких значений /с необходимо уменьшать толщину
рекомбинационной области и увеличивать концентрацию носителей.
12.4. ФИЗИКА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЛАЗЕРОВ
12.4.1. Общие замечания
Полупроводниковые лазеры, подобно-другим лазерам (таким, как рубиновый
лазер или же лазер на смеси Не - Ne), испускают излучение, когерентное в
