Принцип действия излучающих диодовИзлучающий диод (ИД) представляет собой полупроводниковый, электрически управляемый элемент. Электрические и излучательные свойства ИД зависят от механизма переноса носителей и законов излучательной и безизлучательной рекомбинации в полупроводниках. В основе принципа действия ИД лежит преобразование электрической энергии в электромагнитное излучение, спектр которого может лежать в видимой или невидимой части спектра. Излучающая структура представляет собой электронно-дырочный переход.
При подаче на p-n переход прямого смещения начинается инжекция электронов из эмиттерной области в базовую и дырок из базовой области в эмиттерную. Обычно p-n переход изготавливается несимметричным, и область эмиттера легирована гораздо сильнее области базы. Прямой ток, текущий через переход складывается из токов электронов и дырок, которые и определяют число актов излучательной (в p -области) и безизлучательной (в n -области) рекомбинации. В базовую область дополнительно вводят нейтральную примесь, например кислород или азот. Это не приводит к образованию в полупроводнике дополнительных носителей заряда, но способствует генерации излучения.
В соответствии с квантовой теорией, возбужденный электрон, инжектированный в базовую область, рекомбинируя с дыркой, испускает квант энергии излучения – фотон. При этом максимальная энергия, которая может выделиться при рекомбинации, равна ширине запрещенной зоны полупроводника:
l1=1,24/DЕ3. Следует отметить, что излучательная рекомбинация может протекать и между примесными уровнями. Вводя в полупроводник примеси различного вида с различной D Eпр , можно в некоторых пределах изменять спектр излучения. Излучательная способность светодиодов характеризуется квантовой эффективностью. Внутренняя квантовая эффективность – h вн – определяется как отношение числа рожденных в базе фотонов к числу инжектированных в неё носителей:
Для практических целей излучательную способность светодиода удобнее характеризовать внешней квантовой эффективностью – hвнеш. Она определяется как отношение числа фотонов, испускаемых излучающим диодом во внешнюю среду к полному количеству носителей заряда протекающих через него:
где g – коэффициент инжекции p-n перехода (g=Iп/I);Kопт – коэффициент вывода излучения из ИД через его оптическую систему. Введение коэффициента Kопт связано с тем, что часть фотонов, рожденных в базе, поглощается по пути к оптической поверхности диода, а часть из них отражается от поверхности раздела полупроводник – внешняя среда. Следует отметить, что Копт определяется только конструкцией диода и не зависит от его электрических параметров. Для плоских конструкций светодиодов hвнеш£1,5…2 %, а для сферических – hвнеш£15…30 %.
|
;
.
,
