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]

9.11,6. При обратном смещении толщина обедненного слоя и собственная емкость могут быть рассчитаны тем же способом, что и в случае гомоперехода.

9Л. ДВОЙНАЯ ГЕТЕРОСТРУКТУРА

9.2.1. Офаничение тока

Показанная на рис. 9.8 двойная гетероструктура широко применяется в источниках света для систем связи. Указанный материал может быть легирован как до п-, так и до /j-состояния. На рис. 9.9 показаны энергетические уровни N-n-P двойной гетероструктуры в равновесии и при положительном смещении. На рис. 9.12 представлена аналогичная энергетическая диаграмма для N-p-P структуры. На диаграммах выделены три характерные области - 1, 2 и 3.

В § 9.1.2 было отмечено, что наличие второй гетероструктуры ограничивает в области 1 избыточные неосновные носители, инжектированные в положительно смещенном /j-n-переходе. Здесь получим аналитическое выражение для оптической мощности, генерируемой в идеальной N-p-P структуре (рис. 9.12). Читатель может убедиться, что соответствующий результат может быть получен и для дырок в N-n-P структуре (рис. 9.9).

Выберем начало оси х на краю обедненного слоя перехода J2 в области 3. Будем считать, что распределение концентрации электронов поддерживается в тепловом "равновесии от области 1 вплоть до точки X - О в области 3. Отсюда электроны диффундируют в область 3. Ис-1Юльзуя (7.5.3) и (7.5.4), можно записать

n{0) = npsexpieV/kT) (9.2.1)

J = ieDe,n,jLp,) [ехр ieVlkT)-l], (9.2.2)

где Прз - равновесная концентрация электронов в области 3; Dgg - коэффициент диффузии электронов в области 3; Lps = [Despfi - диффузионная длина в области 3; У - напряжение прямого смещения; J ег - плотность элсктронного тока через переход У2. В области 1, ширина которой d, концентрация электронов

«1 = ехр(еШГ), (9.2.3)

где - равновесная концентрация электронов в области 1. Пред полагаем, что d <С Lpx =- Фехрх)*", где Lp, -- диффузионная длина в области 1, так что отсутствуют заметные изменения концентрации электронов в этой области. Это допущение уже использовалось при написании выражения (9.2.1) и понадобится позже, чтобы удовлетворить условию самосогласованности.

Полупроводник в области 1 характеризуется временем рекомбинации Тр1, которое состоит из времени радиационной рекомбинации t„i



и постоянной времени безызлучательных процессов х. Аналогично выражению (8.4.4)

l/Xpi = (I/x„i) + (I+/T6i)- (9.2.4)

Кроме того, в каждой структуре происходит увеличение концентрации локальных центров рекомбинации, которые вызывают безызлучатель-

Область Z N

Вануумный ypoffi

ОБласть 1 Области 3

JI J2 п


Обедненный Обедненный

слой слой

Область 2 N

Л Область 1 JZ Область 3


I дырки)

Обедненный слаб

Обедненный слой

Рис. 9.12. Электронные уровни в сечении двойной гетероструктуры N-pP: а - в равновесии; б - прн положительном смещении



ную рекомбинацию. Каждый гетеропереход можно характеризовать пограничной скоростью рекомбинации s, которую для простоты будем считать одинаковой для каждой границы раздела. Полная скорость рекомбинации на единицу поперечного сечения активной области

Скорость рекомбинации nd , nd i 2„ s = " (9 2 5)

на единицу площади т„, тй т >

где т - эффективная постоянная времени рекомбинации в двойной гетероструктуре. Тогда

l/T = (l/T,n) + (l/Toi) + (2s/d) (9.2.6)

и полная внутренняя квантовая эффективность

Лвнут = тс/Ти1- (9.2.7)

Характеристики двойной гетероструктуры зависят от точности совпадения границ двух гетеропереходов, и поэтому для получения хороших приборов требуется точное согласование параметров кристаллических решеток в области перехода. Как показывают измерения, для GaAs/ GaAIAs может быть получено значение s порядка 10 м/с

Здесь уместно, как это было сделано в § 8.4, когда рассматривалась поверхностная рекомбинация, получить выражение скорости рекомбинации через плотности соответствующих токов. Общий электронный ток Уеь инжектированный в область 1, соответствует полному току, если дырочная компонента тока мала (Лииж !)• Можно представить Jei в виде суммы двух слагаемых:

Jel = Jpe«+Je2, (9.2.8)

где определяется выражением (9.2.2) и представляет собой ток утечки через потенциальный барьер, а

рек = eriid/x (9.2.9)

- плотность тока, обусловленного рекомбинацией в активном слое. Оптическая мощность, генерируемая в области 1 на единицу площади поперечного сечения,

Р = Ёф = т,,„у, ёф = т,,„, AeJL ёф, (9.2.10)

где Бф - средняя энергия фотона. Необходимо добиться максимального значения отношения У рек к Jg, которое при (eV/kT) > 1 определяется выражением

рек/Лг = (Пр1 dix) (LpjDes Прз), (9.2.11)

где использовались формулы (9.2.9), (9.2.3) и (9.2.2). По аналогии с (7.2.1) и (7.3.2) можно записать

Пр1 = п?1/пл1 =(/(!/пл1)ехр(-е„/ЙГ) (9.2.12)



[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]

0.0015