Jak zwiększyć wydajność świetlną germanu?

Mimo że german ma prostą przerwę energetyczną wynoszącą 0,8 eV, jest to w zasadzie materiał o pośredniej przerwie energetycznej ze względu na obecność pasma przewodzącego L.

Jak pokazano na rys. (a), ta różnica energii sprawia, że german jest nieefektywnym emiterem światła, ponieważ większość zewnętrznie wstrzykiwanych elektronów zajmie doliny pasma przewodnictwa L o niższej energii. Gdy szybkość łączenia emitowanych fotonów jest niska, elektrony znajdujące się w dolinach przewodzących L mogą być łączone tylko z dziurami za pomocą fononów, ale wypełniając pośrednie doliny L w paśmie przewodnictwa, możemy zaobserwować bezpośrednie łączenie w punkcie r.

Z drugiej strony elektrony znajdujące się w dolinach przewodzących r mogą być kompleksowane z dziurami przy wyższej szybkości kompleksowania. W ten sposób, tworząc german materiał o bezpośredniej lub pseudobezpośredniej przerwie energetycznej, zwiększamy szybkość kompleksowania nośników z doliny kombinacji r i sprawiamy, że Ge jest energooszczędnym emiterem światła.

German

Bezpośrednie optyczne przerwowanie w germanie jest bardzo szybkim procesem, którego współczynnik radiacyjnego łączenia jest o pięć rzędów wielkości wyższy niż pośredniego przerwowania. Oznacza to, że bezpośrednia emisja przerw w Ge jest tak samo wydajna, jak w półprzewodnikach z bezpośrednią przerwą. Luminescencję Ge można znacznie zwiększyć, wykorzystując bezpośredni skok przerwy energetycznej Ge. 

Zwykle Ge można przekształcić z materiału o zasadniczo pośredniej przerwie energetycznej w materiał o bezpośredniej przerwie energetycznej, wprowadzając odkształcenie rozciągające, domieszkowanie typu r lub stop Ge z cyną, jak pokazano na rysunku (b) powyżej. Obie metody zmniejszają przerwę energetyczną w uskoku, tj. przerwa energetyczna w dolinach bezpośrednich jest zmniejszana szybciej niż w dolinach pośrednich L, tak że struktura przerwy energetycznej Ge ulega zmianie, ostatecznie przekształcając Ge w materiał o bezpośredniej przerwie energetycznej zdolny do pochłaniania lub emitowania światła.

Powyższy rysunek przedstawia diagram pasma pasmowego germanu: (a) inżynieria pasma energetycznego Ge w stanie stałym i (b) Ge przy użyciu odkształcenia rozciągającego i domieszkowania typu n. Odkształcenie rozciągające zmniejsza różnicę energii między dolinami T i L, podczas gdy domieszkowanie typu n kompensuje pozostałą różnicę energii. Odkształcenie powoduje również rozszczepienie pasm wnęki lekkiej i ciężkiej, przy czym większa jasność jest oczekiwana wraz ze wzrostem naprężenia rozciągającego.

Teoretycznie wykazano, że german można wytworzyć przez naprężenie rozciągające i domieszkowanie typu n, aby uzyskać lepszą bezpośrednią emisję fotoelektryczną przerwy energetycznej w temperaturze pokojowej. Wytworzenie niewłaściwej przerwy energetycznej przez naprężenie rozciągające otwiera możliwość opracowania nowych urządzeń optoelektronicznych, które są w pełni kompatybilne z technologią krzemową, takich jak diody LED, lasery i modulatory optyczne. Ge był stosowany w szerokiej gamie urządzeń, od zbieraczy światła o regulowanej energii (np. fotodetektory) po wysoce wydajne urządzenia optoelektroniczne.

Uwagi

Powiązany blog

Witamy na naszym blogu poświęconym fascynującemu światu germanu i innych materiałów fotoelektrycznych. 

Uzyskaj naszą wycenę

Proszę poinformować nas o swojej prośbie, odpowiemy w ciągu godziny.