ВНЕШНИЙ КВАНТОВЫЙ ВЫХОД И ЯРКОСТЬ СВЕЧЕНИЯ ДИОДА
К числу важных параметров светодиода относится внешний квантовый выход
ηвнеш = ηвнутр·ηповерх, (5)
где ηповерх – коэффициент вывода света во внешнюю среду. На величину ηповерх оказывают влияние ряд факторов:
Поглощение света полупроводником. В полупроводниках с прямыми переходами имеет место высокий коэффициент поглощения, поэтому глубину залегания p–n-перехода уменьшают до 1÷2 мкм. Другой способ повышения ηповерх – вывод света через n-область (рис. 7, а). При этом n-область легируют значительно сильнее, чем p-область, вследствие чего излучательная рекомбинация инжектированных носителей происходит в p-области. Глубина залегания акцепторного уровня Wа больше, чем донорного Wd и энергия фотонов hνса = Wс − Wа оказывается меньше, чем hνdv = (Wd − Wv) и ΔW.
Отражение излучения от границы раздела полупроводник-воздух. Полупроводниковые материалы имеют высокий коэффициент преломления n = 3.3÷3.6. Наружу может выйти только то излучение, которое падает на поверхность раздела под углом, меньшим критического Θкрит = arcsin n–1. Для фосфида галлия GaP этот угол составляет Θкрит = 17.7º. С целью увеличения критического угла кристаллы полупроводника заливают полимерными компаундами с большим показателем преломления (n = 1.5÷2.0). Высокое значение коэффициента вывода света можно получить, если придать кристаллам полупроводника (путем шлифования) специальную форму (рис. 7,б и в). Для уменьшения поглощения света и стоимости изделия p–n-переход изготавливают по планарной технологии и покрывают прозрачным полимерным полусферическим (или параболическим) покрытием (рис. 7,г).
Работа некоторых светоизлучающих приборов основана на двойном преобразовании энергии: электрической энергии в инфракрасное излучение и преобразование его в видимый свет. Преобразование в видимый свет происходит при возбуждении антистоксовского люминофора (λизлучения < λпоглощения), покрывающего излучающую поверхность ИК диода (GaAs).
Характеристикой диода как источника света является зависимость силы света Iν от прямого тока (световая характеристика). Сила света Iν – излучаемый диодом световой поток, приходящийся на единицу телесного угла в направлении, перпендикулярном плоскости излучающего кристалла. Измеряется в канделах (кд).
Сила света диода пропорциональна числу актов излучательной рекомбинации в единицу времени (пропорциональна произведению квантового выхода (5) на полное число актов рекомбинации. На рис. 8 и 9 представлены зависимости внутреннего квантового выхода ηвнутр и силы света Iν от плотности прямого тока j для GaP диодов. При малых значениях j происходит, в основном, безизлучательная рекомбинация носителей на примесных центрах в области p–n-перехода. Вследствие этого ηвнутр при малых токах невелик и резко возрастает с увеличением инжекции носителей и их рекомбинации на центрах излучательной рекомбинации. При дальнейшем увеличении плотности тока имеется почти линейный участок световой характеристики Iν(j), протяженность которого определяется изменением силы света светодиода в пределах одного – двух порядков (ηвнутр ≈ const). При больших значениях j нарушается пропорциональная зависимость между силой света и плотностью тока вследствие заполнения излучательных центров, которые образовались при введении в полупроводник акцепторной, донорной или изоэлектронной примеси.
Светодиоды обладают высоким быстродействием. Излучение нарастает за время менее 10–8с после подачи импульса прямого тока.
Дата добавления: 2020-10-14; просмотров: 419;