И светоизлучающий диод

Инжекционные полупроводниковый квантовый генератор

Осуществить в чистых беспримесных полупроводниках одновременное вырождение электронов и дырок трудно. Гораздо легче этого добиться, используя примесные полупроводники, в которых уже вырождены либо электроны, либо дырки.

Если взять два вырожденных полу-проводника n- и р-типов и соединить их (рис.4.6), то в месте контакта, называемом р-n-переходом, может быть выполнено условие (4.2): >ΔEg. Часть электронов проводимости из n-области очень быстро перейдет в р-область, а часть дырок из р-области – в n-область. В процессе этого перехода электроны и дырки будут рекомбинировать, излучая фотоны. Последние не могут поглощаться в р-n-переходе, а, следовательно, свет будет усиливаться до тех пор пока выполняется условие ΔEg. Однако это условие будет выполняться в области перехода только в первый момент присоединения полупроводников. Через небольшое время движение электронов и дырок прекратиться: они перераспределятся по энергетическим уровням, и р-n-переход придет в равновесное состояние, уровни Ферми в области р – n – перехода совместятся и в нем исчезнет одновременное вырождение электронов и дырок, условие (4.2) выполняться не будет (рис.4.7).

Для того чтобы снова создать вырождение электронов и дырок в области р-n-перехода, к нему необходимо приложить напряжение в прямом направлении. При этом через переход потечет ток, состоящий из двух компонент: электронов и дырок, двигающихся навстречу друг другу. Происходит инжекция носителей заряда в р-n-переход. Эти два потока частиц встречаются в тонком слое перехода и рекомбинируют, излучая свет. При достаточно большом токе в области р-n-перехода обеспечивается одновременное вырождение электронов и дырок, необходимое для усиления и генерации оптического излучения (рис.4.8).

Для изготовления инжекционных полупроводниковых квантовых генераторов (ПКГ) и СИД используют в основном прямозонный полу-проводник арсенида галлия GaAs. В кристалле небольших размеров (длина 1 мм, ширина 0,5 мм и толщина 0,2 мм) формируют р-n-переход с контактами для подачи напряжения, ПКГ отличаются от СИД наличием резонатора. Зеркала резонатора изготавливаются на поверхности кристалла полупроводника перпендикулярно плоскости перехода.

Дата добавления: 2015-06-26