Lý thuyết và bài tập:
Nguồn quang
Nhóm 2: 1. Bùi Văn Chiến 2. Hoàng Hữu Chung 3. Nguyễn Văn Chương 4. Phạm Văn Công 5. Nguyễn Văn Cường
Thiết bị chuyển đổi điện thành quang E/O
Vật liệu nguồn sáng (Leds)
Vật liệu bán dẫn được sử dụng cho lớp tích cực của nguồn quang phải có vùng cấm năng lượng có hướng.
• Trong bán dẫn có vùng cấm có hướng, điện tử và lỗ trống có thể tái hợp 1 cách có hướng mà không cần hạt thứ 3 để giữ mô men, sự tái tổ hợp sẽ phát xạ tạo ra các mức năng lượng ánh sáng.
• Vùng cấm vốn không tồn tại mức năng lượng, song nếu pha tạp có thể xuất hiện các mức năng lượng trong vùng cấm, nhiều vật liệu phức hợp nhóm 3 hoặc 4 vật liệu có thể tạo được năng lượng dải cấm thích hợp cho nguồn quang.
Để hoạt động ở dải phổ 800-900nm, sử dụng vật liệu pha tạp Ga1-xAlxAs • Tỉ lệ x của Al sẽ xác định độ rộng vùng cấm có mức năng lượng theo công thức: (0 ≤ x≤ 0.37)
• Eg = 1.424 +1.266x +0.266x2 (1)
(2)
• Bước sóng phát xạ tính theo:
VD:4.3 • Với tỉ lệ x =0.07. Tính theo công thức trên
= 1.51 eV.
được: • Theo (1): Eg =1.424 + 1.266*(0.07) +0.266*(0.07)2
Bước sóng đỉnh phát xạ là:
= 0.82 μm =820 nm.
Kết quả được tính toán tương tự cho bài tập 4.3
Đồ thị mô tả sự phụ thuộc năng lượng vùng cấm và bước sóng theo tỉ lệ x
Hình vẽ thể hiện bước sóng đỉnh phát ra là 810nm và độ rộng phổ ở mức nửa công suất là 36nm
Để hoạt động ở dải phổ lớn hơn từ 0.92 -1.65μm, sử dụng vật liệu pha tạp In1-xGaxAsyP1-y • Năng lượng vùng cấm phụ thuộc vào tỉ lệ x và
• Eg = 1.35 - 0.72y + 0.12y2 (3) • Mối liên hệ x và y: y=2.2x với 0 ≤ x ≤ 0.47 • Từ việc tính được x hoặc y ta cũng biết thành
y trong công thức:
phần tỉ lệ của vật liệu pha tạp.
• Bước sóng ánh sáng được tạo ra ở vật liệu này
lớn hơn 900nm.
VD 4.4
• Xét vật liệu In0.74Ga0.26As0.57P0.43 với x= 0.26 ,
• Từ công thức (3): Năng lượng vùng cấm • Eg = 1.35 – 0.72*(0.57) +0.12*(0.57)2
= 0.97eV
y= 2.2x= 0.57 .
Từ đó ta tính được bước sóng đỉnh phát ra:
λ = 1.27 μm = 1270nm
Biểu đồ thể hiện mối quan hệ khoảng cách tinh thể mạng, năng lượng vùng cấm và bước sóng phát xạ của Leds
BT 4.4 a. Khoảng cách mạng tinh thể là:
a(BC) = a(GaAs) = 5.6536 A° a(BD) = a(GaP) = 5.4512 A° a(AC) = a(InAs) = 6.0590 A° a(AD) = a(InP) = 5.8696 A° a(x,y) = xy 5.6536 + x(1-y) 5.4512 + (1-x)y 6.0590 + (1-x)(1-
y)5.8696
= 0.1894y - 0.4184x + 0.0130xy + 5.8696
b. Thay a(xy) = a(InP) = 5.8696 A° vào biểu thức a(x,y) ở câu a ta có:
𝐲 =
≈
= 𝟐. 𝟐𝟎𝒙
𝟎. 𝟒𝟏𝟖𝟒𝒙 𝟎. 𝟏𝟖𝟗𝟒 − 𝟎. 𝟎𝟏𝟑𝟎𝒙
𝟎. 𝟒𝟏𝟖𝟒𝒙 𝟎. 𝟏𝟖𝟗𝟒
