Физические принципы работы светодиода

Светодиод - p-n-переход, который при прямом смещении испускает спонтанное излучение в оптическом диапазоне электромагнитного спектра. Излучение возникает (переходы 1-3 на рис. 1.1) вследствие рекомбинации инжектированных из эмиттера носителей в одной из частей р-n-перехода, называ­емой базой (на рис. 1.1 часть р-области, прилегающая к границе раздела р-n-перехода).

Рекомбинация происходит при переходе электронов с верхних энергетических уровней на нижние.

Переходы называются прямыми, если минимум зоны проводимости и максимум валентной зоны расположены при одном значении волнового числа k. Такие переходы осуществляются, например, в арсениде галлия (GaAs) при k=0 (рис. 1.2.а).

В полупроводниках с непрямымипереходами, таким как фосфид галлия (GaP), вероятность межзонных переходов незначительна, так как при таком переходе (рис. 1.2.б, переход 1) кроме закона сохранения энергии , должен выполняться закон сохранения импульса (рис. 1.2.б) за счёт участия во взаимодействии третьей частицы, что маловероятно. Тем не менее излучательная рекомбинация в них может эффективно идти через подходящие примесные центры в два этапа (рис. 1.2.б, переход 2): сначала происходит локализация электрона на примесном центре и затем его рекомбинация со свободной дыркой. Длина волны излучения при переходе электрона с примесного уровня на уровень валентной зоны: (1.1), где -выражено в мкм, -ширина запрещённой зоны, -глубина залегания примесного уровня в эВ.При рекомбинации между валентной зонной и зоной проводимости =0.

В реальных полупроводниках рекомбинация происходит не между электронами и дырками на двух уровнях, а между электронами и дырками, расположенными на двух группах энергетических уровней, вследствие чего спектр излучения светодиода оказывается размытым. Поэтому приведенная выше формула определяет лишь длину волны в максимуме спектра излучения .

Не всегда процесс рекомбинации сопровождается излучением фотона. При безызлучательной рекомбинации (переход 4, рис. 1.1.) энергия и импульс электрона передаётся атомам кристаллической решётки.

Дата добавления: 2015-08-05