Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 78
Текст из файла (страница 78)
е. создание неравновесного состояния поверхностных слоев отдельных кристаллов электролюминофора, происходит из-за инжекцин носителей заряда через потенциальные барьеры на поверхности отдельных, контактирующих между собой кристаллов электролюмииофора н нз-за инжекции из электродов. При рекомбинации ннжектированных носителей избыточная энергия может выделяться в виде квантов света. Возбуждение электролюминофора может происходить также из-за эффектов сильного поля (туннелирование и ударная ионизация) в обедненных поверхностных слоях кристаллов электролюминофора. Основные характеристики и параметры Толщина пленки электролюминофора в электролюминесцентных пленочных излучателях мала. Поэтому рабочие напряжения таких излучателей (25...30 В) значительно меньше рабочих напряжений электролюминесцентных порошковых излучателей, сделанных из порошкообразного электролюминофора с диэлектрической связкой.
Яркостная характеристика электролюминесцентных пленочных излучателей, т. е. зависимость яркости свечения ат приложенного напряжения, нелннейна, так как нелииейиы ВАХ этих приборов. В связи с большей нелинейностью яркостных характеристик электролюминесцентных пленочных излучателей по сравнению с нелинейиостью аналогичных характеристик электролюминесцентных порошковых излучателей пленочные излучатели обладают большей разрешающей способностью, которая ограни- 372 чивается размерами отдельных кристаллов электролюминофора (10 '...10 ' мм). разрешающая способность пленочных излучателей велика еще и потому, что тонкие пленки практически не рассеивают свет.
Кратность изменения яркости электролюминесцентных пленочных излучателей достигает 1000. Электролюминесцентные пленочные излучатели уступают электролюминесцентным порошковым излучателям по экономичности и сроку службы. Низкий срок службы, характерный для большинства полупроводниковых поликристаллических приборов, связан с одновременным действием больших напряженностей электрического поля и повышенной температурой в местах точечных контактов между отдельными кристаллами полупроводника. Другим недостатком электролюминесцентных пленочных излучателей, как и электролюминесцентных порошковых излучателей, является большой разброс параметров. Этот недостаток также характерен для всех поликристаллических полупроводниковых приборов Е Рзх лдзеры Принцип действия Иолупроводннковый лазер — зто нзлучающнй полупроводннковый нрпбор, предназначенный длп непосредственного преобразованпп алектрпческой зпергнн нлн тнергнн пекогерептнпгп нзлученнп в Зпергню кпгерентногь нзлунсннк.
В полупроводниковых лазерах илн в оптических квантовых генераторах (полупроводниковых ОКГ) излучение, как и в свето- излучающих диодах, порождается рекомбинацией электронов и дырок. Однако эта рекомбннация в лазерах оказывается в основном не самопроизвольной, а вынужденной (стимулированной). Именно поэтому источники вынужденного излучения назвали лазерамн'. Излучение при вынужденной рекомбинации получается когерентным (см.
$1.11), что является принципиальным отличием полупроводниковых лазеров от светонзлучающих диодов. Явление вынужденной рекомбинации дает возможность управлять излучением возбужденных атомов полупроводника с помощью электромагнитных волн и таким образом усиливать и генерировать когерентный свет. Для работы лазера необходимо преобладание вынужденной излучательной рекомбинации над поглощением квантов света. Преобладание излучения над поглощением или поглощенна над излучением зависит от соотношения в кристалле полупроводника возбужденных н невозбужденных атомов, т.
е. от населенности энергетических уровней полупроводника. В равновесных условиях на более высоких энергетических уровнях при любой температуре полупроводника число электронов меньше, чем на более низких энергетических уровнях. При этом нельзя получить усиле- Ьатег — Едьгыаие апгрй !ггоиол Ьу зилги!аГлг! елггзз!ол о! гшугодол !усклепке световых волк с помошью гткмулкровакпого кзлучепнп). 373 ния света в результате вынужденной рекомбинации.
Для преобладания вынужденной рекомбинации иад поглощением квантов света необходимо, чтобы верхние энергетические уровни были больше заполнены электронами, чем нижние. Состояние нолупроводника, в котором число электронов иа одном из энергетических уровней с большей энергией больше числа электронов иа уровне с меньшей энергией, называют состоянием с инверсной населенностью.
Поглощение квантов света в полупроводнике с инверсной населенностью энергетических уровней мало, так как около потолка валентиой зоны почти иет электронов, которым может быть передана энергия кванта света. С другой стороны, в полупроводнике с инверсной населенностью может происходить вынужденная рекомбинация. Инверсную населенность в полупроводнике можно создать различными способами: 1) с помощью иижекцин носителей заряда при прямом включении р-и-перехода, что используют в так называемых инжекционных лазерах; 2) путем электронного возбуждения, т.
е. путем бомбардировки полупроводника пучком быстрых электронов; 3) с помощью оптической накачки, т, е. путем возбуждения атомов полупроводника квантамн света от мощного излучателя иекогерентного или когерентного света; 4) путем использования эффектов сильного электрического ноля, т. е. лавинного размножения носителей заряда или туннелирования электронов при их переходе с энергетических уровней, расположенных вблизи потолка валентной зоны, на энергетические уровни, расположенные вблизи дна зоны проводимости. Наибольший практический интерес представляет первый из перечисленных способов создания инверсной населенности. Поэтому рассмотрим инжекциоиные лазеры. полупроводника делают строго параллельиымн и тщательно отполированными.
Чтобы обеспечить необходимый коэффициент отражения от торцов, можно их ие металлизировать, так как большой коэффициент преломления полупроводникового материала обеспечивает отражение от этих торцов до Због' квантов света. После многократного отражения от полированных торцов гу) Конструкция и технология изготовления иижекционных лазеров Инверсную населенность в инжекционном лазере с р-и-переходом проще получить, если одна из областей диодной структуры является вырожденной, т. е.
содержит большую концентрацию соответствующих примесей. При прямом включении р-и-перехода прямой ток состоит нз двух составляющих: электронной и дырочной. Чем больший ток проходит через р-п-переход, тем с большим запасом выполняется условие инверсной населенности. Минимальный ток, при котором происходит преимущественно вынужденная рекомбинация, называют пороговым током. Если ток, проходящий через р-п-переход, больше порогового, то р-л-переход является усиливающей средой для света, распространяющегося в плоскости р-и-перехода.
Число актов вынужденной рекомбинации можно увеличить, если обеспечить прохождение каждого кванта света несколько раз в плоскости р-и-перехода. Для этого две противоположные грани моиокристалла 314 Рнс. Э.!!. Структура полупроволннкового инжекцнонного лазера !а) н схема процесса образовании фотонной лавины в оптическом резонаторе лазера 1б): à — активнее область с инверсной населенностью; У вЂ” отражающие поверкиости кристалла полупроводника и соответствующего многократного прохождения вдоль р-л-перехода свет выходит из полупроводника (рис.
9.11). Кванты света, двигающиеся строго перпендикулярно торцам кристалла, могут много раз пройти через активную область с инверсной населенностью н тем самым создать большую лавину квантов света. Две другие боковые грани должны быть скошены под некоторым 315 углом, чтобы воспрепятствовать возникновению генерации света между ними (рис. 9.12). Те кванты света, которые начали двигаться не вдоль р-и-перехода и не перпендикулярно торцам кристалла, уходят из активной области с инверсной населенностью и ие вызывают вынужденной рекомбинации.
Для изготовления иижекцнонных лазеров используют арсеиид галлия, твердые растворы арсенид-фосфид гал- Е лия ОаАз, ,Рю арсенид индия, фосфид индия и другие полупроводниковые материалы. Наиболее широкое распроу ,.7 4 страиение получили иижекционные лазеры из врсенида галлия. В качестве исходной заготовки для таких лазеров служит моиокристалл арсенида галлия, по форме приближающийся к кубу или параллелепипеду, со сторонами длиной в несколько десятых долей миллиметра. В арсениде галлия, легированном донорами (Те, Бе и др.), р-и-переход обычно создают путем диффузии акцепторов (Хп, Сй и др.).
Области с электропроводностью р- и и-типа должны иметь концентрации соответствующих примесей, при которых энергетические состояния электронов и дырок близки к вырождению. Для создания невыпрямляющего контакта с п-об- Рис. 9.)2. Конструкция полу. проводникового ннжекцнонного лазера; ! — молибдеиоааэ цлвссииа нижний электрод; 2 — область с электропроводносэью л типа; 8 — акэивнвв область с инверсной ивселенкосэью, 4 — область с элекэропроводиоссью д-чипа; б — полнроааинме торцовые поверхности кристалла полупроводника, б — верхний электрод; 7 — нэлучекие х)з — )- бз а) !',знд Рнс.
9. ! 3. Энергетическая диаграмма полупроводникового инжекциоиного лазера с гесеропереходами без приложенного напряжения (о) и прн прямом напряжении (б) 376 пастью монокристалл с днодной структурой припаивают к пластинке молибдена, покрытой слоем золота (рис. 9.!2). На поверхность р-области наносят слой сплава золота с серебром. Инверсную населенность значительно проще можно создать в полупроводниковом инжекцноииом лазере с гетеро- переходами (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
