Межзонная излучательная рекомбинация

Cтраница 1

Межзонная излучательная рекомбинация наиболее существенна для полупроводников с узкой запрещенной зоной при комнатной температуре и выше. При более низких температурах преобладают другие процессы, такие, как межзонная ударная рекомбинация и рекомбинация носителей заряда через ловушки. [1]

Поэтому межзонная излучательная рекомбинация возможна только в том случае, если электрон и дырка до рекомбинации имеют приблизительно одинаковые и противоположно направленные импульсы. Для этого необходимо, чтобы экстремумы зависимостей Е ( р) для электронов и дырок на энергетической диаграмме соответствовали одному и тому же значению импульса. Это выполняется в ряде полупроводников: арсениде галлия ( см. рис. 1.2), фосфиде галлия, фосфиде индия. Такие полупроводники используются для создания светодиодов и лазеров. [2]

При межзонной излучательной рекомбинации максимум спектральной плотности излучения соответствует энергии ширины запрещенной зоны. [3]

Теоретический расчет и данные эксперимента показывают, что в узкозонных полупроводниках межзонная излучательная рекомбинация и рекомбинация Оже почти одинаково существенны при высоких температурах, однако ударная рекомбинация Оже дает преобладающий вклад при дальнейшем повышении температуры. Излучательная и ударная рекомбинации возможны и при рекомбинации через примесные уровни. [4]

Форма спектральной линии примесной излучательной рекомбинации аналогична представленной на рис. 128 для межзонной излучательной рекомбинации с той разницей, что низкоэнергетический порог этой примесной полосы соответствует не энергии ДЯ, как это было в межзонных переходах, а энергии А. [5]

Для сравнения приведем в табл. 1 излучательное время жизни тизл, характеризующее вероятность межзонной излучательной рекомбинации в различных полупроводниках. [6]

Рассматривая - р как импульс свободной дырки, из (6.66) заключаем, что при межзонной излучательной рекомбинации возможны лишь такие переходы, при которых электрон зоны проводимости встречается с дыркой валентной зоны, имеющей равный по величине и противоположный по направлению импульс. Такие переходы называются прямыми. [7]

Если примеси присутствуют в полупроводнике с непрямыми переходами, то так как примесные состояния обычно связаны с экстремумами зон, описанные выше переходы примесь - дальняя зона будут также непрямыми. Межзонная излучательная рекомбинация, как и межзонное поглощение, в непрямозонных полупроводниках могут идти в основном только при участии фононов. В непрямых переходах с участием примесей избыток или недостаток импульса может компенсироваться локальными колебаниями атома примеси, но может также компенсироваться и участием различных фононов решетки кристалла. Доля излучательных переходов в таких бесфононных переходах очень велика ( близка к 1), и было бы заманчиво использовать такие переходы, повышая концентрацию примесей, для получения интенсивного рекомбинационного излучения. Однако растворимость известных примесей с нужной энергией ионизации, к сожалению, довольно низкая. [8]

Если примеси присутствуют в полупроводнике с непрямыми переходами, то, так как примесные состояния обычно связаны с экстремумами зон, описанные выше переходы примесь - дальняя зона будут также непрямыми. Межзонная излучательная рекомбинация, как и межзонное поглощение, в непрямозонных полупроводниках могут идти в основном только при участии фононов. В непрямых переходах с участием примесей избыток или недостаток импульса может компенсироваться локальными колебаниями атома примеси, но может также компенсироваться и участием различных фононов решетки кристалла. Например, в спектре примесного излучения в кремнии, легированном бором, можно различить две полосы, одна из которых соответствует переходам электронов из зоны проводимости на примесные уровни бора с участием ТА-фононов, а другая тем же переходам с участием ТО-фононов. Доля излучательности переходов в таких бесфононных переходах очень велика ( близка к 1) и было бы заманчиво использовать такие переходы, повышая концентрацию примесей, для получения интенсивного рекомбинационного излучения. Однако растворимость известных примесей с нужной энергией ионизации, к сожалению, довольно низкая. [9]

Основной проблемой кремниевой оптоэлектроники является проблема создания эффективного источника излучения, роль которого выполняет светодиод или лазер. Кремний является непрямозонным полупроводником, и эффективность межзонной излучательной рекомбинации в нем очень низка. Определенным выходом из этого положения является легирование кремния эрбием, примесью, которая формирует в кристаллической решетке эффективные центры излучательной рекомбинации с участием 4f электронов примесного атома. В процессе такой рекомбинации генерируется излучение с длиной волны 1 54 мкм, для которого сам кремний практически прозрачен и которое также соответствует окну максимальной прозрачности оптических волноводов из кварцевого стекла. Этого явно недостаточно для получения интенсивного излучения. Для увеличения содержания Ег в кристаллической решетке используют неравновесные методы получения сильнолегированных кремниевых слоев - ионную имплантацию, молекулярно-лучевую эпитаксию, ион-но-лучевое напыление и др. Увеличению содержания Ег в слое способствует и дополнительное его легирование кислородом или фтором, с которыми эрбий образует достаточно стабильные комплексы. [11]

Наилучшими параметрами при малых токах в настоящее время обладают диоды из GaAs с Si-акцептором. В таких светодиодах излучательная рекомбинация с переходом электрона из зоны проводимости на акцепторный уровень Si превышает межзонную излучательную рекомбинацию. Это объясняет, почему для температур, близких к комнатной или несколько меньших нее, эффективность светодиодов из GaAs с Si значительно выше, чем диодов из GaAs с Ge, где в нашем случае практически все атомы Ge оказываются ионизированными. [12]

Схема излучательных переходов.| Схема оптронной Спектральный состав рекомбйнацион. [13]

Другим способом повышения внутреннего квантового выхода диода является увеличение вероятности излучательной рекомбинации путем выбора полупроводникового материала и степени его легирования. В таких полупроводниках, как Si и Ge, у которых дно зоны проводимости и потолок валентной зоны расположены при различных значениях волнового вектора k ( рис. 5.4), вероятность межзонной излучательной рекомбинации много меньше, чем у полупроводников с совпадающими экстремумами зон ( GaAs, InAs, InSb и-др. [14]

При малых неравновесных концентрациях носителей ( небольших токах в светодиодах) рекомбинация через центры захвата будет преобладать над межзонной до тех пор, пока ловушечные уровни не будут достаточно заполнены. При этом значительное влияние на процессы рекомбинации оказывают не только глубина залегания и количество локальных центров рекомбинации, но и ширина запрещенной зоны полупроводника. Так, при уменьшении ширины запрещенной зоны вероятность межзонной излучательной рекомбинации возрастает. Сравнение экспериментальных и расчетных значений времени жизни для межзонной излучательной рекомбинации [1] указывает на достаточно хорошее совпадение только для полупроводников с малой шириной запрещенной зоны. Для полупроводников с большой шириной запрещенной зоны наблюдается существенное расхождение расчетных и экспериментальных данных. [15]

Страницы: 1 2