Jak zvýšit světelnou účinnost Germania?

Ačkoli má germanium přímou zakázané pásmo 0,8 eV, jedná se v podstatě o nepřímý materiál s mezerou pásma kvůli přítomnosti L-vodivého pásu.

Jak je znázorněno na obr. (a), tento energetický rozdíl činí germanium neefektivním světelným zářičem, protože většina externě injektovaných elektronů bude obsazovat údolí L vodivostního pásu s nižší energií. Když je rychlost skládání emitovaných fotonů nízká, elektrony umístěné v L-vodivých údolích mohou být složeny pouze s otvory pomocí fononů, ale vyplněním nepřímých L-valley ve vodivostním pásu můžeme pozorovat přímé slučování. v bodě r.

Na druhé straně elektrony umístěné v r-vodivých údolích mohou být komplexovány s dírami při vyšší rychlosti komplexace. Tedy vyrobením germanium přímý nebo pseudo-přímý bandgap materiál, zvýšíme míru komplexace nosiče z r-kombinačního údolí a uděláme z Ge energeticky účinný světelný zářič.

Germanium

Přímé optické vytváření mezer v germaniu je velmi rychlý proces s rychlostí radiačního skládání o pět řádů vyšší než nepřímé vytváření mezer. To znamená, že přímá mezerová emise v Ge je stejně účinná jako u polovodičů s přímou mezerou. Luminiscenci Ge lze výrazně zvýšit využitím přímého bandgap skoku Ge. 

Typicky lze Ge převést z materiálu v podstatě nepřímého bandgap na materiál přímého bandgap zavedením tahového napětí, dopingu typu r nebo slitiny Ge s cínem, jak je znázorněno na obrázku (b) výše. Obě metody redukují bandgap v poruše, tj. bandgap v přímých údolích je redukován vyšší rychlostí než nepřímá L-valley, takže struktura bandgap Ge je změněna a nakonec přeměněna Ge na přímý bandgap materiál schopný absorbující nebo vyzařující světlo.

Výše uvedený obrázek ukazuje diagram germaniového zakázaného pásu: (a) inženýrství energetických pásem objemného Ge a (b) Ge pomocí tahového napětí a dotování typu n. Tahové napětí snižuje energetický rozdíl mezi T a L údolími, zatímco doping typu n kompenzuje zbývající energetický rozdíl. Deformace také vyvolává štěpení pásů lehkých a těžkých dutin, přičemž s rostoucím tahovým napětím se očekává větší svítivost.

Teoreticky bylo ukázáno, že germanium může být zkonstruováno tahovým napětím a dopingem typu n, aby se dosáhlo lepší přímé fotoemise bandgap při pokojové teplotě. Vytvoření nesprávné mezery v tahu otevírá možnost vývoje nových optoelektronických zařízení, která jsou plně kompatibilní s křemíkovou technologií, jako jsou LED diody vyzařující světlo, lasery a optické modulátory. Ge se používá v široké škále zařízení, od energeticky laditelných světelných kombajnů (např. fotodetektory) až po vysoce účinná optoelektronická zařízení.

Komentáře

Související blog

Vítejte na našem blogu věnovaném atraktivnímu světu Germania a dalších fotoelektrických materiálů. 

Získejte naši nabídku

Sdělte nám prosím svůj požadavek, do hodiny se vám ozveme zpět.