Для планарных светодиодов из GaAs : Si получено значение внешнего квантового выхода ~4% при 300 К (рис. 3.46, встав­ка) [250]. Для куполообразных структур, конструкция которых позволяет избежать полного внутреннего отражения в телесном угле стерадиан (рис. 4.4), т]е да 20% при 300 К [257а, 2576) :). На основании этих данных можно сделать вывод о том, что в GaAs для излучения с энергией, близкой к Eg, величина т)/ имеет очень большое значение. Оно велико даже при 300 К в диодах с концентрациями свободных носителей вблизи р — п - переходов, значительно большими 1018 см-3. В работе [258] вы­сказано предположение, что уменьшение це с ростом темпера­туры от 80 до 300 К обусловлено увеличением потерь на само - поглощение. Однако эта гипотеза была подвергнута критике, поскольку температурная зависимость г]е не связана с разме­рами диодов [259]. Во всяком случае очевидно, что величина г)/ не столь жестко определена оже-рекомбинацией свободных но­сителей в GaAs, как в GaP (разд. 3.2), хотя этот процесс и мо­жет ограничивать скорость рекомбинации при очень больших концентрациях примесей [260]. Оже-рекомбинация, включающая переходы между одной из валентных подзон и зоной проводи­мости, как было показано, ограничивает скорость рекомбинации в невырожденных полупроводниках (таких, как InSb и Те) [59] с узкой запрещенной зоной, соответствующей прямым перехо­дам (разд. 3.2.4 и 3.2.5). Из подобных расчетов следует, что скорость оже-переходов пренебрежимо мала в GaAs р-типа с р да 5-Ю17 см-3. Однако в работе [261] показано, что в вы­рожденном GaAs p-типа время жизни для оже-рекомбинации, включающей переходы дырок из подзоны тяжелых дырок в от­щепленную валентную подзону, становится меньше, чем мини­мально возможное излучательное время жизни (т да 0,3 не) при р 6-1019 см-3.

Все это согласуется с новыми результатами, полученными для CdS — полупроводника с прямыми межзонными перехо-

‘) Фирма «Тексас инструменте» разработала куполообразные диоды из GaAs: Si, имеющие т)£ — 28% при 300 К [2576].

дами. Времена рекомбинации экситонов, связанных с нейтраль­ными донорами и акцепторами, в CdS приблизительно равны рассчитанным излучательным временам жизни [179]. Эти вре­мена жизни имеют порядок 1 не, и, по-видимому, переход от полупроводников с непрямыми переходами к полупроводникам с прямыми переходами (например, от GaP к GaAs) сопровож­дается уменьшением излучательного времени жизни в Ю4 раз. При этом время жизни, связанное с оже-процессом, уменьшается не более чем в 1,0 раз. Скорость оже-процесса зависит от пере­крытия волновых функций одинаковых частиц, находящихся в исходном состоянии, и от зонной структуры в области конеч­ных состояний, далеких от запрещенной зоны (рис. 3.12). Хотя подробного расчета до сих пор не сделано, неясно, каким обра­зом скорость оже-процесса может сильно зависеть от энергети­ческого спектра на краях запрещенной зоны.

Таким образом, мы пришли к выводу, что оже-рекомбинация не оказывает большого влияния на ті/ в умеренно легированных полупроводниках с широкими запрещенными зонами, соответ­ствующими прямым переходам, хотя в полупроводниках с не­прямыми переходами оже-процессы играют очень важную роль (разд. 3.2.4 и 3.2.5). Мы уже видели, что изоэлектронные ло­вушки играют важную роль в полупроводниках с непрямыми переходами. Они обусловливают быструю излучательную реком­бинацию через мелкие центры и могут присутствовать в боль­шом количестве, не приводя к увеличению концентрации свобод­ных носителей. Эти ценные свойства ловушек позволяют устра­нить те ограничения, которые накладывает оже-рекомбинация.

Ясно, что эти свойства изоэлектронных ловушек никак не являются необходимыми в полупроводниках с прямыми перехо­дами, по крайней мере при не слишком высоких концентрациях носителей (<1019 см~3). Действительно, из-за больших разме­ров области локализации электронной или дырочной волновой функции в ^-пространстве, что следует из малости радиуса взаи­модействия этих центров [выражение (3.21)], снижается ско­рость излучательной рекомбинации в полупроводниках с пря­мыми переходами по сравнению со скоростями, которые имеют место при кулоновском взаимодействии [179]. Для таких глубо­ких центров, как Те в CdS [262] и О в ZnTe [79], происходит снижение приблизительно в 100 раз [75]. Изоэлектронные ло­вушки все же могут быть полезны: они могут дать люминесцен­цию со слабым самопоглощением, соответствующую переходам на глубокие уровни. Кроме того, эти ловушки дают возможность получить значения Е0 [выражение (2.14)], большие по сравне­нию с kBT, что способствует получению инверсной заселенности при высоких температурах и, следовательно, созданию инжек - ционного лазера, работающего в непрерывном режиме при 300 К. К сожалению, такие центры не были обнаружены в ма­териалах, подобных GaAs, где легко получить электрическую инжекцию. Лазеры, работающие в непрерывном режиме при комнатной температуре, были изготовлены без применения спе­циальных активаторов (разд. 3.4.6) ').

Основной недостаток светодиодов на основе соединений типа А"ВУ!, в которых имеются изоэлектронные ловушки, заключает­ся в том, что инжекционные процессы в них неэффективны. Это убедительно показано в работе по красным светодиодам из ZnTe : О, у которых т]я » 0,1 % при 300 К [263].