Главная  Оптические магистрали 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [ 80 ] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

ила Р


i I I i t i i i i

Полон<ительный

Рис. 9.10. Схематическое изображение оптического и токового ограничения в ,1воииой гетероструктуре (электроны ф; дырки О; и.злучательиая рекомбинация

стрируемый рис. 9.10, особенно важен для работы светодиодов с торцевым излучением и лазеров на двойной гетероструктуре. Оказывается, что почти в каждой полупроводниковой системе широкозонный материал имеет меньший показатель преломления. Это подтверждается и табл. 7.2.

9.1.3. Эффективность мнжекцмм

Получим выражение для эффективности инжекции в р- N гетероструктуре (рис. 9.7) в предположении, что рекомбинационный ток меньше диффузионного тока/,. Подробно это условие будет обсуждаться в §9.1.4. Область 1 соответствует узко.зонному материалу р-типа с концентрацией акцепторов пл и равновесной концентрацией носителей ppf,ivn,\ и Про W Лпп-.4. Область 2 соответствует широкозонному материалу, имеющему концентрацию доноров nt) и концентрацию носителей пдо по и р.у» « П(>П[). В соответствии с (7.2.1) плотность собственных носителей может быть представлена в виде

nfi -=Л: ехр(- EgilkT),

(9.1.3) (9.1.4)

где ki » k2 - константы, характеризующие материал.

При прямом смещении V концентрация носителей у края обедненного слоя в области 1 определяется выражением

л(0) = Лроехр(еУ/Г).

(7.5.3)

Т ? ? Т t Т Т f ? т

Активный слой

Ограничиво/ощий слой



При условии что ширина области 1 много больше диффузионной длины, плотность электрического тока определяется полученным ранее выражением

(eDjLp) In (0)-Про1 = (7.5.1)

= (eD., ripjLp) le.xp (eV/kT)- 1! (7.5.4)

-{eDJL} inh/riA) [exp (eV/kT)- 1]. (9.1.5)

Из аналогичных соображений плотность дырочного тока в области 2 определяется выражением

у„ j£>LlLL\exp(eV/kT)~i]. (9.1.6)

Таким образом, используя (9.1.3) и (9.1.4), получаем

Je De "d

Ju Di, L„ rij Kl

e.4p!(e.,-8gi)/A;r. (9.1.7)

Эффективность инжекции может быть получена в результате подстановки (9.1.7) в (7.5.7):

Л„„ж= 1/(1+Л/4)- (7.5.7)

В качестве примера рассмотрим два материала, у которых разница величины запрещенных .юн составляет 0,37 эВ. Это соответствует сис- теме GaAs/Gao.7 Alo.sAs. При комнатной температуре экспоненциальный коэффициент в (9.1.7) составляет 1,5- 10" и значительно превышает все другие члены в выражении для Л/л- Благодаря этому поддерживается высокая эффективность инжекции в такой гетероструктуре даже тогда, когда пр1пА и L/Lp оказываются малыми.

В качестве самостоятельного упражнения предлагается показать, что в случае положительносмещенной п-Р гетероструктуры (рис. 9.6, б) аналогичный коэффициент увеличивает долю инжектированных в узкозонный полупроводник дырок.

9.1.4. Характернстмкн гетеропереходов

Из сказанного следует, что n-N и р-Р гетеропереходы ведут сй5я как омические резистивные элементы, а п-Р и p-N гетеропереходы имеют вольт-амперную характеристику, подобную характеристике р-п гомоперехода:

/ = /j-f/2 = /„i lexp (eWfeT)-11 + /о2 lexp (el 2;fe7)-1]. (9.1.8)

Первый член правой части этого выражения соответствует диффузионному току II, текущему через переход. Второй член представляет собой ток, возникающий при безызлучательной рекомбинации внутри обедненного слоя или на поверхности полупроводника. Действительно, для гетероструктуры GaAs/GaAlAs доминирует в начальной части



Структура hpuSopa р 1,Омнмх = о Р 1,1 мнм 1=0,36 .р 0,Пмнм f-=0,OS Н 2,0 мнм f-=0,36 п подложка


J.6 К В

10-"

гззн IX ,

186 К-

4~143К

[122К Т/М а

293 2.1k 255 2,20 186 2,32 т 2,61* /22 3,10

0,5 1,0 V,B 6)

Рис. 9.11, Вольт-амперные характеристики гетероперехода:

а наблюдаемые токи в диодах с пря.здоугольной гетероструктурой, (В этих приборах ток не зависит от ширины активной области,)

[С, Н, Непгу et al. The effect of surface recombination on current in k\xQi~x» heterojunctions.-J. Appl, Phys, 49, 3530-42 (1978),!; 6 - измеренные токи в л+PGaAs/GaAlAs гетероструктуре площадью 0.322 .здм. Преобладает рекомбн-иациоинын ток Ь [J. F. Wormac and R. Н. Rediker. The graded-gap AUGai.:,As-GaAs lieterojunction.-J. Appl. Phys. 43, 4129-33 (1972).]

характеристик, как показано на рис. 9.11, а. В этом случае 1 определяется поверхностной рекомбинацией и пропорционален периметру перехода на поверхности полупроводника, а не площади перехода. Необходимо отметить, что если будет значительным, это приведет к уменьшению внутренней квантовой эффективности тьнут и эффективности инжекции Линш-

Зачастую экспериментальные результаты хорошо описываются выражением вида

/ - /о [ехр {eVIak Г) - 11,

(9.1.9)

где а - константа, которая меняется от перехода к переходу и может зависеть от температуры. Обычно ее величина лежит в пределах 1,0... ... 3,0. Некоторые типичные характеристики показаны на рис.



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [ 80 ] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

0.0019