Зонная теория металлов, диэлектриков и полупроводников, страница 11

2.  Ограничение неосновных носителей в двойной гетероструктуре.

На рисунке представлена структура, играющая значительную роль при разработке оптических источников (п/п лазеров и светодиодов).

Два гетероперехода используются в ней для создания двух слоев узкозонного материала, расположенных между слоями широкозонного п/п. Устанавливается более высокая и однородная концентрация неосновных носителей и более высокая скорость рекомбинации.

3.  Улучшение омических контактов.

Использование гетероструктур позволяет легко изготовить хорошие низкоомные контакты. Это – одна из причин использования пятислойных структур (см. рис.).

4.  Прозрачность широкозонного материала.

Рекомбинационное излучение, зародившееся в узкозонном материале, не может возбудить зона – зонный переход в широкозонном материале. В результате этого слои 2 и 3 (рисунок) оказываются значительно более прозрачными для излучения из материала 1, чем сам этот материал.

5. Волноводный эффект.

Поскольку показатели преломления материалов, образующих гетеропереход, различны, лучи внутри перехода могут испытывать полное внутреннее отражение. В двойной гетероструктуре (см. рис.),  если показатель преломления материала 1 выше, чем материалов 2 и 3, рекомбинационное излучение, рожденное в материале 1, может распространяться вдоль слоя, испытывая многократные отражения, как в диэлектрическом волноводе. Этот эффект особенно важен для работы светодиодов с торцевым излучением и лазеров на двойной гетероструктуре.

Оказывается, что почти в каждой п/п системе широкозонный материал имеет меньший показатель преломления.

Фотоэлектрические явления в полупроводниках.

Внутренний фотоэффект.

Внутренний фотоэффект – это процесс ионизации атомов п/п под действием света, приводящий к образованию добавочных, неравновесных носителей заряда. Добавочную проводимость, обусловленную внутренним фотоэффектом, называют фотопроводимостью.

При внутреннем фотоэффекте первичным процессом является поглощение фотона с энергией, достаточной для возбуждения электрона в зону проводимости (переходы 1 и 2), или на локальные уровни (переход 3). Переход 1 приводит к образованию пары электрон – дырка, тогда как в результате переходов 2 и 3 образуются носители только одного знака.

Если оптическое возбуждение электронов происходит из валентной зоны в зону проводимости, то наблюдается собственная фотопроводимость, которую создают носители обоих знаков. При этом, очевидно, энергия фотона  должна быть не меньше ширины запрещенной зоны п/п

.

Для электронов кристаллической решетки справедлив закон сохранения квазиимпульса для прямых и непрямых оптических переходов.

При взаимодействии фотона и электрона имеет место прямой (вертикальный) оптический переход 1. Однако в кристаллической решетке значительную вероятность имеет и более сложный процесс: взаимодействие фотона, электрона и фонона (кванта колебаний решетки). В результате такого взаимодействия электрон приобретает в основном энергию фотона и изменяет свое волновое число за счет фонона (2). Такие переходы называют непрямыми (невертикальными) оптическими переходами.

Поскольку вероятность непрямых оптических переходов меньше вероятности прямых переходов, то в спектрах поглощения света (поглощения энергии фотонов), соответствующих прямым переходам, наблюдается более резкое возрастание поглощения, и, следовательно, фотопроводимости. Собственная полоса поглощения, всегда имеющая отчетливо выраженную длинноволновую границу, в принципе может иметь и коротковолновую. Вместе с тем при больших энергиях фотонов  фотопереход электрона в зону проводимости может сопровождаться ударной ионизацией, приводящей к освобождению нескольких электронов и дырок.