10.Механизм генерации излучения в полупроводниках.

Физической основой полупроводниковых излучателей является люминесценция. Под люминесценцией понимают электромагнитное нетепловое излучение, обладающее длительностью, значительно превышающей период световых колебаний.Люминесценция включает два основных этапа. На первом под воздействием возбуждающей энергии происходит генерация носителей заряда. Этот этап определяет тип люминесценции. На втором этапе генерированные носители заряда рекомбинируют на центрах рекомбинации. Выделяющаяся при рекомбинации энергияпревращается либо в оптическое излучение, либо в теплоту.В зависимости от вида энергии, возбуждающей люминесценцию, различают фото,электролюминесценцию и другие виды.

Инжекционная электролюминесценция,т. е. генерация оптического излучения в p–nпереходе, объединяет два процесса: инжекцию носителей и собственно электролюминесценцию. С помощью инжекции обеспечивается создание неравновесных носителей заряда. При контакте однородных полупроводников с разными типами электропроводности уровень Ферми EF в равновесном состоянии должен быть единым. Это приводит к искривлению зон и образованиюпотенциального барьера, как на рис. 2.11.

Основная масса дырок из p-слоя, где их много, диффундируют слева направо в область перехода, но не могут преодолеть потенциальный барьер и, проникнув в переход на некоторую глубину,снова возвращаются в p-слой. Дырки n-слоя, как пузырьки, легко«всплывают» ко дну валентной зоны и образуют дрейфовый потоксправа налево. Этот поток уравновешивается встречным диффузионным потоком дырок p-слоя, имеющих большую энергию и способных пре+ одолеть потенциальный барьер. Аналогичная картина в движении электронов: электроны p-слоя свободно скатываются в n-слой — этодрейфовый ток. Этот электронный поток уравновешивается потоком электронов n-слоя, обладающих большой энергией. При приложении прямого напряжения потенциальный барьер понижаетсяи появляются диффузионные токи как дырок, так и электронов,т. е. увеличивается инжекция неосновных носителей:дырок —вn-область, электронов — в p-область.

11.Прямозонные и непрямозонные полупроводники.

Такие полупроводники, как кремний, германий и фосфид галлия — это непрямозонные полупроводники. В общих чертах это означает, что электрон, находящийся вблизи дна зоны проводимости, имеет импульс, отличающийся от импульса электрона, находящегося вблизи потолка валентной зоны. Это иллюстрируется рис. а), из которого видно, что в этом случае зона — зонный переход возможен только при условии компенсации различия импульсов. Это может происходить, если при рекомбинации излучается фонон высокой энергии. В таком процессе удается устранить избыточный момент, однако при этом поглощается и энергия рекомбинации. Еще более серьезной оказывается необходимость одновременности этих двух событий (рождение фотона и фонона), что приводит к снижению вероятности такого рекомбинационного перехода. В результате безызлучательные процессы, в частности с участием ловушечных уровней вблизи центра запрещенной зоны, преобладают в непрямозонных полупроводниках, а внутренняя квантовая эффективность оказывается низкой. Другие полупроводниковые материалы, такие как InSb, GaAs, могут иметь прямую запрещенную зону, как показано на рис. ниже б). В этом случае электроны низших энергетических уровней зоны проводимости имеют почти такой же импульс, что и электроны высших энергетических уровней валентной зоны. Следовательно, имеется высокая вероятность прямых зона — зонных переходов и высокая внутренняя квантовая эффективность.