Как повысить световую эффективность германия?

Хотя германий имеет прямую запрещенную зону 0,8 эВ, по сути он является материалом с непрямой запрещенной зоной из-за наличия L-проводящей зоны.

Как показано на рис. (а), эта разница энергий делает германий неэффективным излучателем света, поскольку большинство извне инжектированных электронов будут занимать долины зоны проводимости с более низкой энергией L. Когда скорость компаундирования испускаемых фотонов низкая, электроны, находящиеся в L-проводящих долинах, могут компаундироваться с дырками только с помощью фононов, но, заполняя непрямые L-долины в зоне проводимости, мы можем наблюдать прямое компаундирование в точке r.

С другой стороны, электроны, расположенные в r-проводящих долинах, могут образовывать комплексы с дырками с более высокой скоростью комплексообразования. Таким образом, делая германий материал с прямой или псевдопрямой запрещенной зоной, мы увеличиваем скорость комплексообразования носителей из долины r-комбинации и делаем Ge энергоэффективным излучателем света.

Германий

Прямое оптическое щелеобразование в германии является очень быстрым процессом с радиационной скоростью компаундирования на пять порядков выше, чем непрямое щелеобразование. Это означает, что прямое щелевое излучение в Ge столь же эффективно, как и в прямозонных полупроводниках. Люминесценция Ge может быть значительно усилена за счет использования прямого скачка запрещенной зоны Ge. 

Обычно Ge можно преобразовать из материала с непрямой запрещенной зоной в материал с прямой запрещенной зоной путем введения растягивающей деформации, легирования r-типа или сплава Ge с оловом, как показано на рисунке (b) выше. Оба метода уменьшают запрещенную зону в дефекте, т. е. запрещенная зона в прямых долинах уменьшается с большей скоростью, чем в непрямых L-долинах, так что структура запрещенной зоны Ge изменяется, в конечном итоге превращая Ge в материал с прямой запрещенной зоной, способный поглощать или излучать свет.

На рисунке выше показана диаграмма запрещенной зоны германия: (a) проектирование энергетических зон объемного Ge и (b) Ge с использованием деформации растяжения и легирования n-типа. Деформация растяжения уменьшает разницу энергий между долинами T и L, в то время как легирование n-типа компенсирует оставшуюся разницу энергий. Деформация также вызывает расщепление легких и тяжелых полос полости, при этом ожидается большая светимость по мере увеличения напряжения растяжения.

Теоретически было показано, что германий может быть сконструирован с помощью растягивающего напряжения и легирования n-типа для достижения лучшей прямой фотоэмиссии запрещенной зоны при комнатной температуре. Конструирование неправильной запрещенной зоны с помощью растягивающего напряжения открывает возможность разработки новых оптоэлектронных устройств, которые полностью совместимы с кремниевой технологией, таких как светодиоды на светодиодах, лазеры и оптические модуляторы. Ge использовался в самых разных устройствах, начиная от перестраиваемых по энергии светособирателей (например, фотодетекторов) и заканчивая высокоэффективными оптоэлектронными устройствами.

Комментарии

Связанный блог

Добро пожаловать в наш блог, посвященный увлекательному миру германия и других фотоэлектрических материалов. 

Получите наше предложение

Сообщите нам свой запрос, и мы свяжемся с вами в течение часа.