СТРУКТУРЫ с высоким КОЭФФИЦИЕНТОМ ОПТИЧЕСКОГО ВЫВОДА

August 22, 2011 by admin Комментировать »

Поскольку полупроводники обладают высокими показателями преломления, свет, падающий на границу полупроводник-воздух под достаточно большим углом, практически полностью отражается. Из закона Снеллиуса (иногда называемого законом Снелля) можно найти величину критического угла полного внутреннего отражения. В результате полного внутреннего отражения свет как бы попадает в ловушку — локализуется внутри полупроводника. Локализованное таким образом излучение поглощается и дефектами, и активной областью, и подложкой, и всеми другими слоями.

При поглощении света подложкой электронно-дырочные пары из-за ее низкого кантового выхода рекомбинируют в основном безызлуча- тельно. При попадании излучения в активную область часть электронно-дырочных пар рекомбинирует с излучением фотонов, а другая часть рекомбинирует также безызлучательно. Если внутренний квантовый выход активной области меньше 100%, явления перепоглощения излучения в активной области будут неминуемо снижать квантовый выход светодиода. Поглощение света на металлических контактах является еще одним механизмом снижения коэффициента оптического вывода светодиода.

Внешний квантовый выход излучения светодиода определяется произведением внутреннего квантового выхода rjiatи коэффициента оптического вывода 77extract:

Отсюда видно, что коэффициент оптического вывода сильно влияет на величину к. п. д. светодиода.

полупроводниками излучения с энергией кванта меньше ширины запрещенной зоны

Для получения высоких значений коэффициента оптического вывода светодиода и предотвращения поглощения света ширина запрещенной зоны всех полупроводниковых слоев кроме активного слоя должна быть больше энергии фотона. Этого можно достичь применением двойных гетероструктур, дополнительных слоев и других структур.

которые будут описаны далее. В этом разделе обсуждается поглощение полупроводниками излучения с энергией меньше ширины запрещенной зоны.

С первого взгляда может показаться, что полупроводник способен поглощать излучение только тогда, когда энергия фотонов больше ширины его запрещенной зоны, и что он прозрачен для фотонов с энергиями меньше этого значения. Однако в действительности полупроводник поглощает также и фотоны с энергией меньше ширины его запрещенной зоны, правда, с более низким коэффициентом поглощения.

На рис. 9.1 схематично показаны зависимости коэффициента поглощения идеального прямозонного полупроводника и реального полупроводника от энергии фотонов.

Рис. 9.1. Зависимость коэффициента поглощения полупроводника с шириной запрещенной зоны Egот энергии фотонов. «Хвостовая» экспоненциальная часть определяет поглощение фотонов с энергиями, немного меньшими или равнымиEg.При еще меньшей энергии фотоны в основном поглощаются

свободными носителями

 

В идеальном полупроводнике зависимость коэффициента поглощения от энергии фотонов при низких температурах описывается следующими выражениями (Pankove, 1971) О:

 

В идеальном полупроводнике при энергии фотонов, равной ширине его запрещенной зоны, Е = Eg,коэффициент межзонного поглощения равен нулю. Интенсивность поглощения в реальном полупроводнике

‘) См. русское издание книги [1].

для излучения с энергией меньше ширины запрещенной зоны описывается экспоненциально убывающей зависимостью

‘) См. русское издание книги [1].

^) См. книги [4, 5].

Из этого выражения следует, что коэффициент поглощения излучения свободными носителями для данного материала при высоких их концентрациях может быть порядка 10 см"^ В табл. 9.1 приведены приблизительные значения коэффициентов поглощения света свободными носителями для нескольких типов материалов. В таблице обозначены работы а —сайт ФТИ им. А.Ф. Иоффе (loffe, 2002 —см. [6]), б — (Wiley, DiDomenico, 1970), в-(Casey, Panish, 1978), г-(Kim, Bonner, 1983; Wlukiewiczetal., 1980); d —результаты экстраполяции по afcос n• A^.

Таблица 9.1. Коэффициенты поглощения света свободными носителями (а/с) для нескольких полупроводников тг-типа

Материал

Длина волны, мкм

Концентрация электронов, 10’8 СМ-З

а/с, см ‘

GaN

1,0

1

40 (а, д)

GaP

1,0

1

22 (б, д)

GaAs

1,0

1

3,0 (в)

InP

1,0

1,1

2,5 (г)

 

В светодиодах коэффициент поглощения фотонов свободными носителями влияет на интенсивность излучения через боковые грани кристалла. Этот параметр также очень важен для светодиодов с кристаллами, выращенными на прозрачных полупроводниковых подложках. Поскольку толщина таких подложек обычно больще 100 мкм, при высоких концентрациях легирующих примесей поглощение фотонов свободными носителями в них будет существенно снижать мощность выходного излучения. При низких концентрациях примесей у этих подложек резко повышается сопротивление. Поэтому надо очень аккуратно подходить к заданию уровня легирования прозрачных подложек. Для тонких слоев с небольшой длиной оптического пути влияние поглощения фотонов свободными носителями очень мало.

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