Rendement quantique et durée de vie radiative dans l'arséniure de gallium

Abstract
Taking into account the band to band absorption of light in the excited volume of a direct band gap semiconductor, the theoretical study of radiative recombination allows the determination of the radiative lifetime of minority carriers injected into such a volume. This lifetime is said "effective", and it is shown that it depends on the photon lifetime and that its variation with temperature is much more rapid than that of the spontaneous one. This calculation is applied to P-type gallium arsenide, and is a good verification of the experimental results obtained with GaAs diodes in which non-radiative recombination has also been considered. Indeed, from total lifetime and bulk quantum efficiency measurements, it is possible to deduce the effective radiative lifetime and the non-radiative one in an electro-luminescent GaAs diode. The bulk quantum efficiency values obtained here are 10 % at 300 °K and 70 % at 77 °K. The effective radiative lifetime is found to be typically 58 x 10-9 s at 300 °K and 2.85 x 10-9 s at 77 °K. The non-radiative lifetime (some nanoseconds) seems to be independent of temperature.

Résumé
En considérant l'absorption bande à bande de la lumière dans le volume excité d'un semiconducteur à bande interdite directe, l'étude théorique de la recombinaison radiative permet de déterminer la durée de vie radiative des porteurs minoritaires injectés dans un tel volume. Cette durée de vie est dite « effective » et on montre, d'une part, qu'elle dépend de la durée de vie des photons et, d'autre part, que sa variation avec la température est plus rapide que celle de la durée de vie spontanée. Ce calcul, appliqué à l'arséniure de gallium de type P, est une bonne vérification des résultats expérimentaux obtenus avec des diodes GaAs dans lesquelles la recombinaison non radiative a aussi été considérée. En effet, à partir de la mesure de la durée de vie totale et du rendement quantique interne, il est possible de déduire les durées de vie radiative et non radiative dans une diode électroluminescente GaAs. Les valeurs suivantes de ce rendement ont été obtenues : 10 % à 300 °K et 70 % à 77 °K. Pour la durée de vie radiative, nous avons trouvé 58 x 10-9 s à 300 °K et 2,85 x 10-9 s à 77 °K. La durée de vie non radiative (quelques nanosecondes) semble être indépendante de la température.