2.10. Шалаөткізгіштердегі сәулелену генерациясының механизмі

Шалаөткізгішті сәулелендіргіштердің физикалық негізі люминесценция болып табылады. Люминесценция сөзінің астында жарықтық тербелістердің периодын көтермелейтін ұзындыққа ие электромагнитті жылы емес сәулелену жатады. Осылайша, қыздырылған денелердің жарықтылығына қарағанда, люминесценция дененің жылытуын қажет етпейді. Одан өзге, жарықтың шашырауына қарағанда, люминесценция қоздыратын энергия өшкеннен кейін біраз уақыт жалғаса береді. Басқаша айтқанда, люминесценцияланатын өткізгішпен жұтылатын энергия оның ішінде ұсталып тұрады, кейін ақырындап оптикалық сәулеленуге айналады, жиі жағдайда жылуға.

Люминесценцияны тудыратын энергия түріне тәуелді фото+, электролюминесценция және басқа да түрлерін ажыратады. Қатты, сұйық және газтәрізді денелерді люминесциялауға болады. Оптоэлектронды шалаөткізгіш құрылғыларда кең тиым салынған зонасы бар кристалды шалаөткізгіштердің люминесценциясы қолданылады.

Люминесценция екі негізгі этапты құрайды. Біріншісінде, қоздыратын энергия әсерінен заряд тасымалдаушылардың генерациясы жүреді. Бұл этап люминесценция типін анықтайды. Екінші этапта генерацияланған заряд тасымалдаушыларын рекомбинация ортасында рекомбинациялайды. Рекомбинация кезіндегі бөлінетін энергия жылуға немесе оптикалық сәулеленуге айналады.

Инжекционды электролюминесценция және де оптикалық сәулелену генерациясы өзінің атауы айтып тұрғандай p–n-ауысуда екі процесті біріктіреді: тасымалдаушылар инжекциясын және жеке электролюминесценция.

Сур.2.10.p-n ауысуының электролюминесценциясы 2.11. p-n ауысуындағы заряд тасымалдаушылардың қозғалысы

Инжекцияның көмегімен 2.10.суретке сәйкес, тең емес заряд тасымалдаушылар пайда болуын қамтамасыз етеді.

Біртекті шалаөткізгіштердің электрөткізгіштің әртүрлі типтерімен контактісі кезінде EF Ферми деңгейі тепе-тең жағдайда бірдей болу керек (единым). Бұл зоналардың бұрмалануына және 2.11.суретте көрсетілгендей потенцтал барьердің құрылыуына алып келеді.

р-қабатындағы кемтіктердің негізгі массасы сол жақтан оң жаққа ауысу облысына қалай диффундирлейді(диффундирует). Бірақ та потенциалды барьерге қол жеткізе алмайды, және қандай да бір тереңдікке шейін ауысуға ену арқылы қайтадан р-қабатқа оралады. n-қабаттың кемтіктері валенттік зонаның түбіне оңайлықпен енеді және солдан оңға қарай дрейфтік ағын тудырады.

Бұл ағын р-қабатындағы кемтіктердің қарсы диффузиялық ағынымен теңеседі, олар үлкен энергияға ие және потенциалды барьер жасауға қабілетті. Электрондар қозғалысында: р-қабатының электрондары n-қабатқа еркін өтіп кетеді, бұл дрейфтік ток. Бұл электронды ағын үлкен энергияға ие n-қабаттағы электрондар ағынымен теңеседі. Тура кернеу кезінде потенциалды барьер төмендейді және кемтіктердің және электрондардың диффузиялық токтары пайда болады, және де негізгі емес заряд тасымалдаушылардың инжекциясы үлкейеді: кемтіктер-n облысқа, электрондар р облысқа.

Әдетте, сәулелендіргіш болып р-n ауысудың тек бір жақ облысы болып табылады. 2.12.суретте бұл р-аймақ. Инжекцияланған тасымалдаушылардың саны сәулелендіретін активті р-аймақта максималды болғаны дұрыс. Бұл мақсатпен, акцепторлықты р-аймаққа енгізгенге қарағанда донорлықты n-аймаққа көбірек енгізеді. Осылайша, сәулеленетін құрылымда инжекция n-эмиттерден р-базаға біржақты (односторонняя) болады және базалық аймақты сәулелендіреді.