9.2.2. Ширина полосы модуляции

Если рассуждать аналогично § 8.7, но применительно к диодам на двойной гетероструктуре, то придем к тому, что эффективность модуляции такого источника света будет падать на частотах выше где

Кроме того, при низких частотах модуляции внутренняя квантовая эффективность

В соответствии с (8.4.13) величина должна быть обратно пропорциональна концентрации примесей в активном слое и для прямозонного материала

Таким образом, при равной соответственно равна 100, 10 и 1 нс.

Большое достоинство двойной гетероструктуры в поддержании высокой эффективности инжекции даже при очень высоких уровнях легирования. Проблема заключается в том, что оба безызлучательных члена в (9.2.6) зависят от степени легирования. При выше дефекты решетки вызывают быстрое падение а в любом случае снижение общего времени жизни уменьшает и поэтому приводит к меньшей толщине активного слоя

Другой способ расширения ширины полосы модуляции - установление условий «высокой инжекции». Как мы видели в разделе 8.4, когда концентрация инжектированных электронов становится выше концентрации равновесных дырок в активном слое -типа, определяется выражением (8.4.14). Для двойной гетероструктуры

и зависит от времени, если меняется со временем.

Условие высокой инжекции есть

т. е., используя (9.2.6),

При для прямозонного материала критическая плотность тока

При

Выше этого уровня инжекции

Рис. 9.13. Изменение ширины полосы оптической модуляции при изменении уровня инжекцин. Кривые а) и б) взяты из работы Т. P. Lee and A. G. Dentai. Power and modulation bandvidth of GaAs-AI Ga As highradiance LEDs for optical communication sistems. - IEEE JnS. of On. Ets. QE-14, 150-9 <1978). Кривая а) соответствует концентрации легирующей примеси в активном слое а кривая б) —1,5X1025 Кривая в) получена в работе It suo Umebu et al. InGaAsP/InP DH LEDs for fibre-optical communications. - Ets. Letts.. 14, 499—500 (1978). Она относится к светодиоду на основе двойной гетероструктуры толщиной с нелегироваи активным слоем дающим излучение на длине волны Во всех случаях граничная частота определялась на уровне от оптимальной точки частотной характеристики при слабой модуляции относительно тока смещения. В соответствии с выражениями (8.7.38) и (9.2.28) Пропорциональность 1 хорошо подтверждается кривыми а) и в), но при высокой степени легирования б) условие сильной инжекции не достигается

так что

Экспериментальное подтверждение этого результата представлено на рис. 9.13.

Итак:

а) чтобы добиться большой полосы модуляции, не жертвуя внутренней квантовой эффективностью — необходимо свести к минимуму постоянную времени излучательной рекомбинации —

б) этого можно достичь прежде всего повышением концентрации легирующей примеси в активном слое (область 1);

б) ограничение повышения обусловлено дефектами решетки, которые возрастают, когда превышает при этом усиливается безызлучательная рекомбинация и падает;

г) высокая ширина полосы модуляции может быть получена при высоком уровне инжекции так что Ширина полосы пропорциональна квадрату плотности тока и обратно пропорциональна толщине активного слоя, так как Однако нелинейные эффекты можно не учитывать только до тех пор, пока ток модуляции много меньше постоянного тока.