Optoelektronik I: Lumineszenz- Und Laserdioden

ISBN-13: 9783540095989 / Niemiecki / Miękka / 1980 / 316 str.

G. Winstel; C. Weyrich

Opis

Obwohl optoelektronische Effekte in der Physik und den Ingenieurwis senschaften schon lange eine wichtige Rolle spielen, ist die Halbleiter optoelektronik noch ein relativ neues Gebiet, das erst in den letzten 10 Jahren einen groBen Aufschwung genommen hat. Inzwischen haben jedoch die optoelektronischen Halbleiterbauelemente nicht nur einen festen Platz im Lieferprogramm nahezu aller Halbleiterbauelemente-Her steller gefunden, vielmehr ist die wirtschaftliche Wachstumsrate dieser Bauelemente zur Zeit die hochste unter allen Einzelhalbleitern und wird nur von der der integrierten Schaltungen iibertroffen. Bei den optoelektronischen Effekten in Halbleitern unterscheidet man im wesentlichen zwischen der Erzeugung elektromagnetischer Strahlung unter dem EinfluB eines elektrischen Feldes und den elektrischen Wir kungen von elektromagnetischer Strahlung in Halbleiterbauelementen. Dementsprechend wurde der sich mit der Halbleiteroptoelektronik befas sende Teil dieser Buchreihe auf zwei Bande verteilt. Der vorliegende erste Band befaBt sich ausschlieBlich mit Halbleiterlichtquellen, den Lumineszenz- und Laserdioden, die gegeniiber den Gliihlampen ahn- che Vorziige aufweisen wie die Transistoren gegeniiber den Vakuum rohren. Sie sind extrem zuverlassig und von den Betriebsdaten her kom patibel mit Halbleiterschaltkreisen, so daB sie mit diesen in der Opto elektronik bevorzugt fUr zwei Aufgaben eingesetzt werden: a) Als Indikatorlampchen und Displays, wo sie an der Schnittstelle Mensch-Maschine durch Anzeigen von Betriebszustanden oder durch Visualisierung von Daten die notige Verbindung herstellen. b) Als modulierbare Lichtsender, vor aHem in Infrarotlichtbereich. Hier werden Regel- und Steuersignale oder andere Informationen dem emit tierten Lichtstrahl aufgepragt und dann entweder direkt oder iiber ei nen Lichtwellenleiter dem Empfanger zugefiihrt. Dort wird das ur spriingliche elektrische Signal wieder hergestellt."

Spis treści

1 Einführung und Überblick.- 1.1 Funktion und Materialien der Halbleiterlumineszenzdioden.- 1.2 Entwicklungsgeschichte der Halbleiterlichtemitter.- Literatur zu Kapitel 1.- 2 Strahlende und nichtstrahlende Rekombination in Halbleitern.- 2.1 Elektronische Übergänge und Bandstruktur bei Halbleitern.- 2.2 Strahlende Rekombination.- 2.2.1 Theorie der strahlenden Übergänge.- 2.2.2 Direkte Band-Band-Übergänge.- 2.2.3 Donator-Akzeptor-Übergänge.- 2.2.4 Donator-Valenzband- und Akzeptor-Leitungsband-Übergänge.- 2.2.5 Übergänge über Exzitonen.- 2.3 Nichtstrahlende Rekombination.- 2.3.1 Multiphononenprozesse.- 2.3.2 Phononenkaskadenprozesse.- 2.3.3 Auger-Prozesse.- 2.4 Zeitkonstanten der Rekombination.- 2.4.1 Strahlende Lebensdauer.- 2.4.2 Rekombination über eine Störstelle.- 2.4.3 Lebensdauer bei Auger-Prozessen.- Literatur zu Kapitel 2.- 3 Physik der Lumineszenzdioden.- 3.1 Stromführungsmechanismen in Lumineszenzdioden.- 3.2 Der externe Quantenwirkungsgrad.- 3.2.1 Quantenwirkungsgrad der strahlenden Rekombination.- 3.2.2 Der Injektionswirkungsgrad und der innere Quantenwirkungsgrad.- 3.2.3 Der optische Wirkungsgrad.- Literatur zu Kapitel 3.- 4 Materialherstellung und -technologie.- 4.1 Materialsynthese und Einkristallzucht.- 4.1.1 Syntheseverfahren.- 4.1.2 Das Schutzschmelzeverfahren zum Ziehen von GaP-Einkristallen.- 4.1.3 Verfahren, bei denen Synthese und Einkristallzucht in einem Arbeitsgang erfolgen.- 4.2 Epitaxieverfahren.- 4.2.1 Gasphasenepitaxie.- 4.2.2 Flüssigphasenepitaxie.- 4.2.3 Molekularstrahlepitaxie.- 4.2.4 Probleme der Heteroepitaxie.- 4.3 Herstellung von pn-Übergängen bei Lumineszenzdioden.- Literatur zu Kapitel 4.- 5 Lumineszenzdioden.- 5.1 Lumineszenzdioden für den sichtbaren Spektralbereich (LED).- 5.1.1 Photometrische Größen.- 5.1.2 GaP- und Ga(As,P)-LED.- 5.1.3 Andere III-V-LED.- 5.1.4 Andere Materialien für LED.- 5.1.5 Vergleich der verschiedenen LED-Materialien.- 5.2 Lumineszenzdioden für den infraroten Spektralbereich (IRED).- 5.2.1 GaAs- und (Ga,AI)As-IRED.- 5.2.2 IRED für längerwellige Emission.- Literatur zu Kapitel 5.- 6 Halbleiterlaser.- 6.1 Überblick.- 6.1.1 Phänomenologisches.- 6.1.2 Anregungsarten.- 6.1.3 Anwendungsaspekte.- 6.2 Physik des Halbleiterlasers.- 6.2.1 Bilanzgleichungen.- 6.2.2 Rekombinationsraten.- 6.2.3 Allgemeine thermodynamische Laserbedingung.- 6.2.4 Rekombination im Halbleiter.- 6.2.5 Anregungsträgerdichte.- 6.2.6 Verstärkung im angeregten Halbleiter.- 6.2.7 Quantitative Berechnungen der Laseremission.- 6.3 Die Laserdiode.- 6.3.1 Aufbau und Stromanregung.- 6.3.2 Der verlustbehaftete Halbleiterlaser.- 6.3.3 Schwellenstrom.- 6.4 Schwingungsmoden des Halbleiterlasers.- 6.4.1 Berechnung der Schwingungsmoden.- 6.4.2 Abstrahlung der Laserdiode.- 6.5 Dynamik der Laseremission (Einschwingen, Verstärkung und Modulation).- 6.5.1 Bilanzgleichungen für die Laserdiode.- 6.5.2 Stationäre Lösungen der Bilanzgleichungen und Laserkenngrößen.- 6.5.3 Nichtlineare Verstärkung und Sättigung.- 6.5.4 Einschwingverhalten.- 6.5.5 Modulationsverhalten.- 6.5.6 Spektrale Modulation.- 6.5.7 Frequenzverhalten von Lumineszenzdioden.- 6.6 Spezielle Halbleiterdiodenlaser.- 6.6.1 Laserdioden mit Fabry-Perot-Struktur.- 6.6.2 Dioden zur Ausweitung des Wellenlängenbereiches.- 6.6.3 Diodenlaser mit verteilter Rückkoppelung (DFB, DBR).- 6.7 Optisch oder mit Elektronenstrahl gepumpte Halbleiterlaser.- 6.8 Aufbau von Laserdioden.- 6.8.1 Erzeugen von Streifenlasern und Chipmontage.- 6.8.2 Wärmeabführung.- Literatur zu Kapitel 6.- 7 Anwendungen von Lumineszenz- und Laserdioden.- 7.1 Anwendungen von LED.- 7.1.1 Anthropotechnische Eigenschaften der LED.- 7.1.2 LED-Indikatorlampen.- 7.1.3 LED-Displays.- 7.1.4 Ansteuerung von LED-Indikatorlampen und LED-Displays.- 7.2 Anwendungen von IRED und von Laserdioden.- 7.2.1 Lichtschranken.- 7.2.2 Lochkarten- und Lochstreifenleser.- 7.2.3 IR-Tonübertragung und IR-Fernsteuerung.- 7.2.4 Optokoppler.- 7.2.5 Lichtgezündete Thyristoren.- 7.2.6 Optisch