9.1.2. Полезные свойства гетеропереходов

Можно назвать пять основных свойств гетеропереходов, наиболее полезных при создании высокоэффективных светодиодов и полупроводниковых лазеров.

А. Высокая эффективность инжекции. Из рис. 9.6 и 9.7 видно, что основные носители стремятся покинуть узкозонный материал (материал 1). Это приводит к уменьшению доли тока через переход, обусловленного неосновными носителями, инжектированными в материал 2. При отличии энергетических зазоров более чем на несколько этот эффект гораздо существеннее, чем действие легирования, описываемое выражением (7.5.8).

Б. Ограничение неосновных носителей в двойной гетероструктуре. Ниже будет рассматриваться структура, которая играет значительную роль при разработке оптических источников. Два гетероперехода используются в ней для создания двух слоев узкозонного материала, расположенных между слоями широкозонного полупроводника. Схематично такая структура представлена на рис. 9.8. Она и называется двойной гетероструктурой. На рис. 9.9 показана соответствующая схема энергетических уровней. В области 1 устанавливается более высокая и однородная концентрация неосновных носителей и более высокая скорость рекомбинации. Это схематически иллюстрируется рис. 9.10.

Рис. 9.8. Схематическое изображение двойной гетероструктуры

Рис. 9.9. Электронные уровни в сечении двойной гетероструктуры: а-в равновесии; б - при положительном смещении

В. Улучшение омических контактов. Использование гетероструктур позволяет легко изготовить хорошие низкоомные контакты. Это одна из причин использования пятислойных структур, показанных на рис. 9.8.

Г. 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 на рис. 9.8 и 9.9 оказываются значительно более прозрачными для излучения из материала 1, чем сам этот материал. Использование этого эффекта обсуждается в § 9.3.

Д. Волноводный эффект. Поскольку показатели преломления материалов, образующих гетеропереход, различны, лучи внутри перехода могут испытывать полное внутреннее отражение. В двойной гетероструктуре (рис. 9.8), если показатель преломления материала ! выше, чем материалов 2 и 3, рекомбинационное излучение, рожденное в материале 1, может распространяться вдоль стоя, испытывая многократные отражения, как в диэлектрическом волноводе. Этот эффект,

Рис. 9.10. Схематическое изображение оптического и токового ограничения в двойной гетероструктуре (электроны #. дырки О; и.члучательная рекомбинация )

иллюстрируемый рис. 9.10, особенно важен для работы светодиодов с торцевым излучением и лазеров на двойной гетероструктуре. Оказывается, что почти в каждой полупроводниковой системе широкозонный материал имеет меньший показатель преломления. Это подтверждается и табл. 7.2.