Читайте также:
|
|
Основной физической величиной, характеризующей качество светодиодов, является внешний квантовый выход -отношение числа выходящих из светодиода излучённых фотонов
, к полному числу носителей заряда, протекающих через p-n-переход
:
(1.2).
Внутренняя квантовая эффективность генерации в базе -отношение числа генерированных в базе фотонов
к числу инжектированных в базу носителей
(
- коэффициент инжекции):
(1.3).
Число фотонов, излучённых светодиодом определяется коэффициентом вывода света из базы Кв(оптической эффективностью): .
Тогда внешний квантовый выход (1.4).
Оказывается, что 0<
<1, поскольку каждый из сомножителей в (1.4) больше нуля, но не может быть больше единицы.
w Очевидно, что чем больше квантовый выход, тем выше качество светодиода. В связи с этим, проведём анализ величин, входящих в (1.4). Обычно, излучение возникает при рекомбинации электронов, инжектированных из n-области в р-базу (см. рис. 1.1.). Тогда в (1.4) коэффициент инжекции электронов определяется, как отношение электронного тока инжекции к полному току через диод, который при условии
имеет вид:
.
Видно, что для повышения коэффициента инжекции электронов необходимо увеличение доли электронного инжекционного тока, т.е. увеличение концентрации основных носителей в эмиттере. Поэтому в качестве светодиода используется
-переход, в котором сильно легирована
-область.
w Увеличение коэффициента вывода связано с уменьшением трёх видов потерь света: при самопоглощенииуже генерированного в базе кванта полупроводниковым материалом светодиода; при поглощении боковой поверхностью базы и задней стенкой светодиода; при полном внутреннем отражении света от границы раздела базы с защитной оболочкой светодиода.
w Основной фактор, который приводит к уменьшению внутренней квантовой эффективности - это безызлучательная рекомбинацияна дефектах структуры.
Число фотонов, генерированных в р-области , где эффективное время жизни инжектированных в базу электронов
(1.5) определяется скоростью излучательной
и безызлучательной
рекомбинаций в базе. Согласно определению
с использованием приведенных выше формул получим при
:
, откуда видно, что для увеличения внутренней квантовой эффективности необходимо повышение доли излучательных переходов, что достигается внесением примесных излучательных центров в базу и созданием в ней достаточной концентрации основных носителей
, необходимых для рекомбинации с электронами, т.е. сильным легированием р-области.
Другой важной характеристикой, которая должна учитываться при конструировании светодиодов для оптических систем связи, является диапазон рабочих частот.
Предельная частота светодиода (1.6) определяется временем жизни инжектированных в р-базу электронов
, которое как следует из уравнения (1.5), обратно пропорционально скорости излучательной рекомбинации.
При подаче прямого напряжения на p-n-переход скорость излучательной рекомбинации определяется выражением: , (1.7) где
-константа излучательной рекомбинации,
- скорость полной термической генерации носителей заряда, а
-равновесные концентрации носителей в области p-n-перехода и концентрации носителей заряда с учётом инжекции.
Если приложенное напряжение невелико, то в материале базы р-типа ,и время жизни излучательной рекомбинации в единице объёма равно:
.
Обычно излучательная рекомбинация идёт интенсивнее безызлучательной , и в уравнении (1.6)
становится близким к
:
. (1.8)
Таким образом, для достижения высоких значений предельной частоты светодиода необходимо увеличивать концентрацию дырок в р-области.
Дата добавления: 2015-08-05; просмотров: 67 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
Физические принципы работы светодиода | | | Конструкции светодиодов |