Рекомбинация происходит

4.1. Генерация и рекомбинация носителей заряда......... 44

4.1. Генерация и рекомбинация носителей заряда

Светодиоды содержат p-n-переход, который смещается внешним напряжением в проводящем направлении. При прохождении через диод прямого тока в прилежащих к переходу областях полупроводника происходит интенсивная рекомбинация носителей зарядов — злектро-

§ 2.2. Рекомбинация носителей заряда в полупроводниках

§ 2.1. Электропроводность полупроводников .... 36 § 2.2. Рекомбинация носителей заряда в полупроводниках . .... ..... 44

Межзонная излучательная рекомбинация наиболее существенна для полупроводников с узкой запрещенной зоной при комнатной температуре и выше. При более низких температурах преобладают другие процессы, такие, как межзонная ударная рекомбинация и рекомбинация носителей заряда через ловушки.

При измерениях необходимо учитывать влияние параметров импульсов тока и времени задержки на результаты измерений. Как следует из выражений (3.52), (3.53) и условий (3.5 ), (3.54), по мере увеличения длительности инжектирующего импульса должен происходить рост измеряемых значение времени жизни носителей заряда. Экспериментальные данные показывают, ч го, когда длительность импульса тока достигает значения, большего объемного времени жизни носителей заряда, измеряемое значение времени жизни перестает зависеть от длительности импульса и далее не изменяется. Аналогичным образом время жизни носителей заряда зависит от тока; при увеличении тока оно растет, достигая постоянного значения. Эти данные находятся в ка<ественном соответствии с теорией. Напротив, при малых значениях времени задержки измеряемое время жизни оказывается заниженным. Причиной несоответствия, возможно, является то, чтс при рассмотрении не учитывалась рекомбинация носителей заряда на поверхности модели.

Решение. Предположим, Что Ширина базы МнбГО меньше диффузионной длины электронов (неосновных носителей), концентрация акцепторных примесей в базе значительно ниже концентрации донорных примесей в эмиттере и коллекторе, в базовой области отсутствует рекомбинация носителей, т. е. распределение электронов в базе линейное, концентрация неосновных носителей на коллекторном переходе равна нулю.

Вообще говоря, этот ток представляет собой движение электронов и дырок, но электронная составляющая тока значительно больше. По мере движения электронов от области п к области р они переходят с одного энергетического 'уровня на другой. В области р — л-перехода, а также в р — области, прилегающей к р — n-переходу происходит самопроизвольная рекомбинация носителей заряда.

Рекомбинация носителей, которые создают нормально направленный поток, определяется величиной

Для потока носителей, направленного инверсно, рекомбинация характеризуется величиной

Светодиодами называются маломощные полупроводниковые источники света, основой которых является излучающий />-«-переход; свечение его вызвано рекомбинацией носителей заряда. Неосновные носители в базе (инжектированные эмиттером) рекомби-нируют и излучают освободившуюся энергию в виде квантов света. Наиболее интенсивно такая излуча-тельная рекомбинация происходит в так называемых прямозонных полупроводниках, типичным представителем является арсенид галлия. Такие полупроводники имеют специфическую зонную диаграмму.

Процесс рекомбинации неравновесных носителей заряда характеризуется их временем жизни т. Уменьшение начальной концентрации избыточных носителей заряда Апнач (после отключения источника их генерации, например облучения) происходит по экспоненциальному закону: An(t) = Дл,^ ехр (—f/r), т.е. за интервал времени г концентрация избыточных носителей уменьшается в е = 2,718 раз. Некоторые примеси (золото, платина, медь и др.) создают локальные энергетические уровни в середине запрещенной зоны, называемые ловушками ( 7, б), значительно ускоряющие процесс рекомбинации и уменьшающие время жизни. В этом случае рекомбинация происходит в два этапа — сначала электрон переходит на энергетический уровень ловушки 7, затем с уровня ловушки в валентную зону 5. Легирование золотом используют для уменьшения времени жизни в кремнии. В полупроводниках - г = 10'10 -1ГГ3 с.

Одновременно с процессом генерации носителей зарядов протекает процесс их рекомбинации — встречи электронов с дырками, сопровождающийся возвратом электрона из зоны проводимости в валентную зону и исчезновением свободных зарядов. Чаще всего рекомбинация происходит на дефектах кристаллической решетки (нарушения кристаллической структуры, случайные примеси, трещины, дефекты в поверхностных слоях); эти дефекты служат центрами рекомбинации.

Полупроводниковым излучателем света является светоизлучающий диод. Известно, что при рекомбинации носителей, т. е. возвращении электрона из зоны проводимости в валентную зону, излучается квант энергии. Наиболее интенсивно рекомбинация происходит вблизи р-п перехода, когда основные носители преодолевают потенциальный барьер и рекомбинируют. Для создания светоизлучающих диодов используют сложные полупроводниковые материалы, у которых квант энергии излучается в оптическом (или инфракрасном) диапазоне, например фосфид галлия, арсенид галлия или карбид кремния. Излучение происходит при пропускании через прибор тока в прямом направлении. Конструкция прибора обеспечивает передачу света от р-п перехода без значительных, потерь в толще полупроводника. ВАХ светоизлучающих диодов аналогична характеристикам обычных кремниевых и германиевых диодов.

Межзонная, или непосредственная, рекомбинация происходит при переходе свободного электрона из зоны проводимости в валентную зону на один из свободных энергетических уровней, что соответствует исчезновению пары носителей заряда — свободного электрона и дырки. Однако такой процесс межзонной рекомбинации маловероятен, так как свободный электрон и дырка должны оказаться одновременно в одном и том же месте крис-

В электрической дуге отрицательными частицами являются в основном электроны. Непосредственное соединение электрона с положительным ионом ввиду большой разности скоростей маловероятно. Обычно рекомбинация происходит при помощи нейтральной частицы, которую электрон заряжает. При соударении этой отрицательно заряженной частицы с положительным ионом образуется одна или две нейтральные частицы.

Материалы излучающих структур, как уже отмечалось, должны иметь широкую запрещенную зону. В таких структурах оказывается значительным и даже преобладающим рекомбинационный ток /рек, вызванный процессами рекомбинации в области объемного разряда р-п перехода ( 5.8). Чем больше ширина запрещенной зоны, тем больше потенциальный барьер и тем значительнее рекомбинация электронов в р-п переходе. Эта рекомбинация происходит обычно на глубоких центрах люминесценции и заканчивается генерацией тепловой энергии (генерация на центрах рекомбинации 2 — 5.9). Таким образом, для оптического излучения эти электроны «пропадают», а ре-комбинационный ток /рек, ими создаваемый, снижает эффективность инжекции «излучающих» электронов.

В электрической дуге отрицательными частицами являются в основном электроны. Непосредственное соединение электронов с положительным ионом ввиду большой разности скоростей маловероятно. Обычно рекомбинация происходит при помощи нейтральной частицы, которую электрон заряжает. При соударении этой отрицательно заряженной частицы с положительным ионом образуется одна или две нейтральные частицы.

Одновременно с процессом генерации носителей зарядов протекает процесс их рекомбинации — встречи электронов с дырками, сопровождающийся возвратом электрона из зоны проводимости в валентную зону и исчезновением свободных зарядов. Чаще всего рекомбинация происходит на дефектах кристаллической решетки (нарушения кристаллической структуры, случайные примеси, трещины, дефекты в поверхностных слоях); эти дефекты служат центрами рекомбинации.

Полупроводниковым излучателем света является светоизлучающий диод. Известно, что при рекомбинации носителей, т. е. возвращении электрона из зоны проводимости в валентную зону, излучается квант энергии. Наиболее интенсивно рекомбинация происходит вблизи р-п перехода, когда основные носители преодолевают потенциальный барьер и рекомбинируют. Для создания светоизлучающих диодов используют сложные полупроводниковые материалы, у которых квант энергии излучается в оптическом (или инфракрасном) диапазоне, например фосфид галлия, арсенид галлия или карбид кремния. Излучение происходит при пропускании через прибор тока в прямом направлении. Конструкция прибора обеспечивает передачу света от р-п перехода без значительных потерь в толще полупроводника. ВАХ светоизлучающих диодов аналогична характеристикам обычных кремниевых и германиевых диодов.

Рассмотрим опять контакт двух полупроводников р- и л-типа и предположим, что через него идет ток в проходном направлении ( 444). Дырки в /^-области движутся к р — л-переходу и, проходя через него, вступают в л-область в качестве неосновных носителей заряда, где и рекомбинируют с электронами. То же относится и к электронам в л-области, которые, переходя границу раздела, попадают в р-область и рекомбинируют с дырками. Однако эта рекомбинация происходит не мгновенно, '