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]

Ярз = пз/плз = {К1/ПАг) ехр {-eJkT), (9.2.13)

так что

рек d Ki

exp[(eg3-egi)/fer]. (9.2.14)

ез P1 "Л Г

Если (Egg - Egi) превышает 10 kT, то рекомбинационный ток Jpg„ превышает ток утечки Уг благодаря экспоненциальному члену, независимо от значений других параметров. В этом случае большая часть тока через двойную гетероструктуру затрачивается на рекомбинационные процессы в активном слое.

Второй гетеропереход J2 играет существенную роль для генерации оптической мощности, которая обычно излучается по глубине в одну или две диффузионных длины. Теперь излучение идет из тонкого слоя области 1, толщина которого может быть много меньше диффузионной длины. При этом лучше локализуется источник излучения и, кроме того, значительно увеличивается мощность, генерируемая единицей объема. Это легко доказать, сравнивая концентрацию носителей п, в двойной гетероструктуре с концентрацией п\, которая получается, когда переход J2 отсутствует и область 1 имеет протяженность в несколько диффузионных длин. В двойной гетероструктуре

y«J,i«Jp,„. (9.2.15)

Тогда, используя (9.2.9),

eaJJ i=tTld. (9.2.16)

Концентрация инжектированных носителей п, в одинарной гетероструктуре, как следует из § 7.5, определяется из

JxeD,,njLp„ (9.2.17) так что

enJJ Lp.lD,,. (9.2.18)

Тогда при той же самой плотности тока

ni/n; = (T/d) (D.i/Lpi) = Lpjd » 1. (9.2.19)

При условии, что d С pi при данной плотности тока получаем более высокую концентрацию носителей.

Концентрации электронов в Л и J2 различаются, гюскольку поток электронов диффундирует через область 1. Если разница концентраций бп, то

J » etiid/x « eDeibn/d, (9.2.20)



так что

бп/ni « dV-LpS « 1. (9.2.21)

как и предположили в начале анализа.

В § 8.4 было предположено, что в GaAs р-тпа при концентрации акцепторов 10 можно ожидать величины Тр около 50 не. Тогда при комнатной температуре Lp составит 20 мкм. Если центральный слой двойной гетероструктуры сделан не более 1 мкм, можно считать, что d <С Lp. Отметим, что при s == 10 м/с величина {d/2s) также составляет 50 НС. Таким образом, наличие гетероструктуры имеет значительное влияние на внутреннюю квантовую эффективность.

9.2.2. Ширина полосы модуляции

Если рассуждать аналогично § 8.7, но применительно к диодам на двойной гетероструктуре, то придем к тому, что эффективность модуляции такого источника света будет падать на частотах выше = = (l/2iiii), где

1/т = (1/Thi) + (1/Тб,) -f-(2s/d). (9.2.6)-

Кроме того, при низких частотах модуляции внутренняя квантовая эффективность

т1виут = т/т„1. (9.2.7)

В соответствии с (8.4.13) величина т„, должна быть обратно пропорциональна концентрации примесей в активном слое Пд, и для прямозон-ного материала

T„i/lc]= l/rtiM ~ Ю/Лл! [м-Ч. (9.2.22)

Таким образом, при пд,, равной Ю-, 10*, 10* м т„, соответственно равна 100, 10 и 1 не.

Большое достоинство двойной гетероструктуры в поддержании высокой эффективности инжекции даже при очень высоких ) ровнях легирования. Проблема заключается в том, что оба безызлучательных члена в (9.2.6) зависят от степени легирования. При пд, выше 10*м- дефекты решетки вызывают быстрое падение Тд, а в любом случае снижение общего времени жизни уменьшает Lpj и поэтому приводит к меньшей толщине активного слоя d.

Другой способ расширения ширины полосы модуляции - - установление условий «высокой инжекции». Как мы видели в разделе 8.4, когда концентрация инжектированных электронов становится выше концентрации равновесных дырок в активном слое 7-типа, т„ определяется выражением (8.4.14). Для N-p-P двойной гетероструктуры

(и1)высокой инжекции ~ ITli (9.2.23)

и зависит от времени, если п, меняется со временем.



Условие высокой инжекции есть

Дп«П1>Рр„« Пль

т. е., используя (9.2.6),

J>J„p =

««Л!

(9.2.24; (9.2.25)

Лвнут Ти1 Лвпут

При г =- 10~" м*/с ДЛЯ прямозонного материала пл Ю* м-* и Лвнут 1 критическая плотность тока

J„p = 1,6 X 10-» X 1X 108 d = 1,6 X 10» d. При d = 1 мкм

4р= 1,6х 10 А/м- 16 А/мм«. Выше этого уровня инжекции

т « т„, = 1/т,,

(9.2.26)

1 10 100

Рис. 9.13. Изменение шнрниы полосы оптической модуляции при изменении уровня инжекции.

Кривые а) и б) взяты из работы Т. Р. Lee and А. Q. Dentai. Power and modulation bandvidth ot GaAs-AI Qa As highradiance LEDs for optical communication sistems. - IEEE Jnl. ol On. Ets. QE-14. 150-9 (1978).

Кривая a) соответствует концентрации легирующей примеси в активном слое ZXltP м-", а кривая б) -1.5Х1№= м-. Кривая в) получена в работе И sue Umebu et al. InQaAsP/InP DH LEDs for fibre-optical communications. - Ets. Letts.. 14. 499~.;00 (1978). Она отио-снтся к светодиоду иа основе двойной гетероструктуры толщиной 1 мкм, с нелегированным активным слоем Ino.7»Qao,25Asi).«P»,56. дающим излучение на длине волны 1,24 мкм. Во всех случаях граничная частота определялась на уровне -1,5 дБ от оптимальной точки частотной характеристики прн слабой модуляции (~!0%) относительно тока смещения, В соответствии с выражениями (8,7.38) и (9.2.28)

2ят)

виут

Пропорциональность / хорошо подтверждается кривыми а) и в), но прн высокой степени легирования б) условие сильной инжекции не достигается



[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