Излучательная рекомбинация

В возбужденном полупроводнике имеются неравновесные носители заряда — электроны и дырки. К излучению света приводят их рекомбинация. Рассмотрим механизмы излучательной рекомбинации более подробно. [c.314]

Нас, естественно, будет интересовать только излучательная рекомбинация, которая в полупроводнике может происходить в результате межзонных переходов (стрелка 1 на рис. 35.22) и переходов из зоны на примесный уровень (стрелка 2) или через оба примесных уровня (стрелка 3). [c.296]

Первый полупроводниковый лазер был выполнен на арсениде галлия (ОаАз) Ходом в 1962 г. Этот лазер обладал очень большой вероятностью излучательной рекомбинации. Лазер на арсениде галлия (Я = 0,84 мкм) относится к так называемым инжекционным лазерам на р —п-переходе. Обычно плавные р-н-переходы создают путем диффузии акцепторных примесей (цинк, кадмий и др.) в материал, легированный донорными примесями (теллур, селен и др.). [c.297]

Теоретическая оценка времени излучательной рекомбинации Tff дает верхний предел значения т. Для Г = 300 К и концентрации, близкой к собственной, значения Тв приведены в табл. 22.1. Здесь же приведены реальные значения т. [c.454]

ИЗЛУЧАТЕЛЬНАЯ РЕКОМБИНАЦИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ. [c.331]

В условиях теплового равновесия число актов излучательной рекомбинации равно числу актов поглощения квантов света равновесного теплового излучения. Поэтому полупроводник излучает ровно столько света (и на тех же частотах), сколько поглощает из окружающего пространства. [c.331]

Излучательная рекомбинация. В Г. на основе прямозонных полупроводников излучат, рекомбинация наблюдается при оптич. возбуждении носителей, а также при инжекции неравновесных носителей при прямом смещении на N p- или p-N-V. При оптич. возбуждении, если энергия фотонов А и удовлетворяет условию Sgy < %(i < Sg , (3) [c.447]

При др. соотношениях между величинами Ад, Ад и э> 8ц дефекты и примесные атомы будут играть роль центров прилипания (ловушек) электронов gg Ад, Ад д), центров прилипания дырок ( д Ад, Ад gg) или центров генерации носителей (если gg> К , g - Кд). Если захват хотя бы одного из носителей заряда центром происходит с излучением фотона, уносящего осн. часть выделяющейся энергии, то он наэ. центром излучательной рекомбинации (ЦИР) или центром свечения (люминесценции). Др. часть энергии может выделяться в виде фононов. В разных ЦИР излучат, процесс реализуется разл. путями а) при захвате свободного носителя из е- или г-зоны непосредственно в осн. состояние центра соответствующие сечения излучат, захвата а " лежат обычно в пределах [c.321]

Рис. 1. Излучательная рекомбинация зона — зона в прямо-зонном полупроводнике.

Сочетание излучательной рекомбинации и фотоэффекта [c.314]

Теоретическая оценка времени излучательной рекомбинации ZR дает верхний предел т. [c.341]

Время рекомбинации х и время излучательной рекомбинации для некоторых полупроводников 1621. Концентрация носителей близка к собственной, Г=300 "К- [c.342]

GaP относится к полупроводникам с непрямыми переходами. Длина волны его электромагнитного излучения зависит от энергетических уровней центров излучательной рекомбинации. Для светодиодов из фосфида галлия, испускающих красное свечение, такие уровни создают путем легирования GaP цинком и кислородом или кадмием и кислородом. Свечение светодиодов из GaP в зеленой области спектра получают при легировании фосфида галлия азотом. Большим преимуществом азота как излучательного центра, является то, что его можно ввести в GaP в большом количестве (до 10 м ) без изменения концентрации свободных носителей заряда. [c.102]

Другим перспективным для лабораторных приборов излучателем могут быть светодиоды (СД), в которых реализуется явление излучательной рекомбинации в р— -переходах. Малые габариты, экономичность, высокий коэффициент преобразования мощности тока, проходящего через р—п-переход, в видимое или инфракрасное излучение (до 50%), достаточно высокая монохроматичность излучения, возможность электрической модуляции светового потока делают их незаменимыми в портативных переносных приборах. [c.208]

Из формул (4.170) и (4.171) получим выражение для эффективного сечения излучательной рекомбинации [c.180]

Таким образом, для излучательной рекомбинации [c.181]

Идеальной жидкости движение 55 Излучательная рекомбинация 180, 181 [c.545]

Выделение энергии при межзонной рекомбинации может происходить или в форме кванта света hv, или в виде тепла (фононов). В первом случае рекомбинацию называют излунательной, во втором случае — безызлучательной. Как показывает расчет и эксперимент, межзонная излучательная рекомбинация может иметь существенное значение для полупроводников с узкой запрещенной зоной при относительно высоких температурах (комнатной и выше). Для полупроводников же с широкой запрещенной зоной основным механизмом, ответственным за рекомбинацию, является безызлуча-тельная рекомбинация через примесные уровни. Однако при некоторых условиях и в таких полупроводниках можно достичь относительно высокого уровня излучательной рекомбинации. Как видно из (6.47) и (6.50), этому способствует, в частности, повышение концентрации избыточных носителей в полупроводнике и увеличение степени его легирования. [c.175]

Эффективность светодиода определяется прежде всего его внутренним квантовым выходом г в , представляющим собой отношение числа квантов, испускаемых при рекомбинации, к чилу инжектированных неосновных носителей. Если бы рекомбинация была только излучательной, то т в = 1. Однако наряду с излучательной рекомбинацией всегда протекает процесс безызлучательной рекомбинации. Поэтому в общем случае т] ,, < 1 и определяется следующим соотношением [c.331]

Из (12.26) следует, что для получения максимальной внутренней эффективности светодиода следует по возможности увеличить отношение вероятности излучательной рекомбинации к безызлуча-тельной. Безызлучательная рекомбинация, как правило, определяется в основном глубокими рекомбинационными центрами, излу-чательная же идет обычно в результате межзонных переходов (рис. 12.11, а), переходов из зоны проводимости на мелкие акцепторные уровни (рис. 12.11, 6) или с мелких донорных уровней в валентную зону (рис. 12.11, б). Вероятность безызлучательной рекомбинации можно уменьшить, очистив полупроводник от глубоких рекомбинационных центров. Сделать это очень трудно, так как сечение захвата носителей некоторыми примесными центрами, например медью, велико и требуется очень высокая степень очистки оттаких примесей. Поэтому качество светодиодов в значительной мере зависит от степени очистки исходных материалов и совершенства технологии изготовления диодов. [c.332]

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 к (рис. 5.4), вероятность меж-зонной излучательной рекомбинации много меньше, чем у полупроводников с совпадаюш,ими экстремумами зон (GaAs, InAs, InSb и др.). Поэтому для изготовления светодиодов необходимо брать [c.332]

Стимулированное излучение. Рассматривая процессы возбунаде-ния электронов в полупроводниках под действием света и свечение, которое возникает при излучательной рекомбинации электроннодырочных пар, мы оставили без внимания важный вопрос о влиянии самого излучения на переходы возбужденных электронов в нормальные состояния, на особенность излучения, возникающего в этих условиях при таких переходах, и возможность их практического использования для усиления и генерации электромагнитных колебаний. [c.333]

ДИОД, испуская спонтанное излучение с равномерной плотностью во всех на-ттравлениях (в телесном угле 4 я рад.). Лучи, не попавшие на отражающие грани кристалла, полностью поглощаются в нем. Кроме того, лучи, упавшие на эти грани под углом а > 17 , испытывают полное внутреннее отражение и в конечном счете также поглощаются в кристалле. Поэтому из светодиода выходит всего ж2% излучения, возникшего в нем в результате излучательной. рекомбинации. [c.343]

Рис. 2. Схематическое иао-бражение изменения ширины запрещённой зоны гме-роэпитаксиальных ФЭЛ-струнтур г — область излучательной рекомбинации 2 — Область переизлучения.

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. К сожалению, растворимость Ег в Si составляет всего см (при 1300 °С). 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, ионно-лучевое напыление и др. Увеличению содержания Ег в слое способствует и дополнительное его легирование кислородом или фтором, с которыми эрбий образует достаточно стабильные комплексы. На сегод- [c.96]

Весьма эффективно происходит ФЛ при рекомбинации электронов и дырок в монокристалах прямозонных полупроводников (GaAs, InP и т.д.). Вероятность излучательной рекомбинации электрона и дырки для прямозонных полупроводников на 5-6 порядков выше, чем для непрямозонных (Si, Ge и т. д.). Например, коэффициент излучательной рекомбинации при 300 К составляет примерно 2 10 см с для Si и 7 10 ° см с для GaAs [2.34]. Квантовый выход ФЛ для GaAs при комнатной температуре составляет примерно 0,07, остальные 93 % поглощенных квантов полностью превращаются в тепло. Величина энергетического выхода ФЛ в этом случае еще меньше. [c.55]

Механизм рекомбинации свободных носителей заряда в полупро водниках описан в 8.4. На рис. 12.10, а изображена энергетическая схема прямой излучательной рекомбинации, при которой рекомбина- [c.88]

Пусть полупроводником поглощается излучение лазера, частота которого и лежит в интервале зона/ -Ё зона/ + Это поглощение сопровождается прямыми электронными переходами через запрещённую зону с шириной -Езона- Такой процесс в стационарном режиме уравновешивается обратным процессом, состоящим в спонтанной излучательной рекомбинации. Если скорость этой рекомбинации много меньше скорости установления квазиравновесия между носителями и решёткой и скорости внутризонной термализации самих носителей, то как в зоне проводимости, так и в валентной зоне успевают возникнуть квазиравновесные распределения электронов и дырок с соответствующими квазиуровнями Ферми и температурой, равной температуре решётки Т. Охлаждение наступает в условиях, когда носители, появляющиеся в результате поглощения фотонов на- [c.51]

Одно ИЗ важнейших свойств карбида кремния - его способность к люминесценции в видимой области спектра. Излучательн рекомбинация свободных электронов и дырок и свободных экситонов в Si 1 наблюдается только при электролюминесценции р-п-переходов, созданных на основе кристаллов 3 -Si . Излучательная рекомбинация в карбиде кремния обусловливается такими акцепторными примесями, как N, А1, В, Ga, Be, S . [c.654]

Излучение света при рекомбинации. Наряду с поглощением в полупроводниках наблюдается также и обратный процесс — излучение света при переходах неравновесных носителей из одной зоны в другую, а также при переходах на уровни примесей и дислокаций. При это.м наблюдается и.злучение, обусловленное как вертикалышми, так и невертикальнылш переходами с участием фононов. Доля излучательной рекомбинации велика в полупроводниках с узкой запрещенной зоной, таких как 1п8Ь. Этот вывод справедлив для малых нарушений равновесия (малые уровни инъекции). Для больших уровней инъекции интенсивное рекомбинационное излучение было получено в СаА — полупроводнике с широкой запрещенной зоной [15]. Явление излучательной рекомбинации в полупроводниках может быть использовано для усиления и генерации инфракрасного света. Подробные сведения об этом явлении приведены в [3, 12, 13, 14]. [c.525]

Спектроскопия фотолюминесценции твердых тел методически основана на измерении спектра вторичного свечения при фиксированном спектральном составе возбуждающего света и на измерении спектра возбуждения фотолюминесценции, когда приемник регистрирует вторичное излучение в узком спектральном интервале и измеряется зависимость сигнала от частоты возбуждающего света. В первом методе измеряемый спектр определяется главным образом силой осциллятора и временем жизни излучающих состояний, энергетически расположенных вблизи края фундаментального поглощения, и косвенно процессами энергетической релаксации горячих возбужденных состояний. Во втором методе в первую очередь получается информация о спектре и силе осциллятора (но не о времени жизни) электронных возбуждений в энергетической области выше края поглощения. Вклад в фотолюминесценцию полупроводников могут вносить различные механизмы излучательной рекомбинации, такие как зона—зона , зона—примесь , донор—акцептор , с участием фонона, излучение свободных, связанных или локализованных экситонов, а также экситон-поляритонная и биэкситонная рекомбинации. Фотолюминесценция структур с квантовыми ямами имеет свои характерные особенности. В частности, низкотемпературная люминесценция нелегированных квантовых ям обычно связывается с излучательной рекомбинацией экситонов, локализованных на шероховатостях интерфейсов и флуктуациях состава. Дело в том, что в реальности интер- [c.134]

Принцип 3. Благодаря тем же правилам отбора при межзонных переходах фотолюминесценция, обусловленная излучательной рекомбинацией поляризованных по спину фотоносителей, (частично) циркулярно поляризована [c.138]

Рис. 18,3а. Расположение энергетических экситонных уровней относительно дна зоны проводимости для простой зонной структуры. Максимум энергии в валентной зоне и минимум энергии в зоне проводимости соответствуют значению к — 0. Экситон в кристалле может обладать трансляционной кинетической энергией, но если эта энергия превысит энергию связи экситона, то экситон становится метастабильным и может распадать ся с образованием свободного электрона и дырки. Все экситоны являются потенциально нестабильными в отношении излучательной рекомбинации, в ходе которой электрон возвращается в валентную зону и аннигилирует с дыркой. Этот процесс сопровождается испусканием фотона или фононов.

Здесь Те - время излучательной рекомбинации электронно-дырочной пары (например, для СаАз =1,3 не) Wl N) - где 1-3 для разных типов полупроводников, - константа. Остальные величины имеют тот же смысл, чго и введенные выше для обычных лазеров. [c.34]

Существование инверсной заселенности является необходимым, но не достаточным условием того, чтобы рекомбинационное излучение, обусловленное переходами вниз, усиливалось бы за счет стимулирования новых переходов. Необходимо также, чтобы процессы безызлучатвльной рекомбинации были слабыми и не конкурировали с процессами излучательной рекомбинации. Чтобы для какого-либо направления фотонного пучка получить оптическое усиление , превышающее неизбежные оптические потери, следует поместить пол роводник между зеркальными поверхностями. [c.415]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...