Двойные гетероструктуры – теория

August 18, 2011 by admin Комментировать »

Из выражения для времени жизни носителей, выведенного из уравнения скорости бимолекулярной рекомбинации, следует, что как при низком, так и при высоком уровне возбуждения скорость излучательной рекомбинации увеличивается с ростом концентрации свободных носителей. Поэтому для повышения внутреннего квантового выхода излучательной рекомбинации в активной области требуется поддерживать высокую концентрацию носителей. Это позволяют сделать двойные гетероструктуры (ДГС, DH).

Двойная гетероструктура состоит из активного среднего слоя — области рекомбинации, ограниченной двумя барьерными слоями (эмиттерами). На рис. 7.1 показана схема двойной гетероструктуры. Ширина запрещенной зоны барьерных слоев всегда значительно больше ширины запрещенной зоны активного слоя;∆Еg — разность ширин запрещенной зоны активного и барьерного слоев, определяемая разрывами зон проводимости и валентной:

Для предотвращения растекания носителей из активной области в наружные слои∆Еv и∆Ес должны быть намного больше величины кТ.

На рис. 7.2 схематично показано влияние двойной гетеростуктуры на концентрацию носителей. В случае подачи прямого напряжения на гомогенный р-п-переход носители диффундируют в соседние слои. На рис. 7.2, а представлены диффузионные длины электронов и дырок, на протяжении которых рекомбинируют неосновные носители. Диффузионные длины носителей в полупроводниках типаAIIIBVдостигают 10 мкм и могут быть даже больше.

Растекания носителей в широкой области и, соответственно, их низкой концентрации (особенно на расстоянии диффузионной длины)

Рис. 7.1. Схема двойной гетероструктуры с объемной активной областью или активной областью в виде квантовой ямы и двух ограничивающих барьерных

слоев

 

 

Рис. 7.2. Распределение свободных носителей в гомогенном переходе (а) и гетеропереходе (б) в условиях прямого смещения. В гомогенном переходе носители рекомбинируют на расстоянии диффузионной длины от р-п-перехода. В гетеропереходе носители рекомбинируют в области квантовой ямы

 

можно избежать, применив двойную гетероструктуру. На рис. 7.2,6 показаны носители, скопившиеся в активной области гетероструктуры. Они не смогут покинуть квантовую яму до тех пор, пока высота потенциального барьера будет значительно больше кТ. В настоящее время практически все мощные эффективные светодиоды выполняются на основе двойных гетероструктур.

создаются на основе трехмерной активной области или активной области в виде квантовых ям. Последняя обеспечивает увеличение концентрации носителей в тонком слое, что приводит к росту внутреннего квантового выхода излучения. С другой стороны, в таких структурах потенциальные барьеры между квантовыми ямами создают сопротивление потоку носителей от ямы к яме. Поэтому в активной области в виде множественных квантовых ям барьеры должны быть достаточно прозрачными для носителей (низкими и/или тонкими), допускающими их свободное (туннельное) перемещение между ямами, что необходимо для обеспечения равномерного распределения носителей в пределах активной области.

Толщина активной области в светодиодах на основе двойных гетероструктур оказывает сильное влияние на величину внутреннего квантового выхода излучения. Толщина трехмерной активной области, как правило, равна нескольким десятым микрометрв, а активной области в виде квантовых ям —несколько меньше. На рис. 7.3 показана зависимость квантового выхода излучения светодиода от толщины активной области (Sugawaraetal., 1992). Видно, что оптимальная толщина светодиода AllnGaPлежит в интервале 0,15-0,75 мкм.

Рис. 7.3. Зависимость квантового выхода излучения с длиной волны 565 нм светодиода AllnGaPс двойной гетероструктурой от толщины активной области. Видно, что оптимальное значение толщины активной области лежит в интервале 0,15-0,75 мкм (Sugawaraetal., 1992)

 

Если толщина активной области в двойной гетероструктуре становится слишком большой, например больше диффузионной длины носителей, преимущества двойной гетероструктуры теряются и носители распределяются так же, как в гомогенных переходах. Однако, если активная область становится слишком тонкой, при высоких уровнях инжекционного тока может произойти насыщение носителями.

Источник:

 Шуберт Ф. Светодиоды / Пер. с англ. под ред. А.Э. Юновича. — 2-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. – 496 с. – ISBN 978-5-9221-0851-5.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты