2.12.Сурет. Р-n-ауысудағы тасымалдаушылардың рекомбинациясы

Бұрын айтылғандай, структураларды сәулелендіретін материалдар кең тиым салынған зогаға ие болу керек. Мұндай структураларда маңызды болып Iрек рекомбинациялық ток болып табылады, ол 2.12-суретте көрсетілгендей p–n-ауысу разрядының көлемдік аймағындағырекомбинация процестерімен шақырылады.

Тиым салынған зона кең болған сайын потенциалды барьер артады және p–n – ауысудағы электрондар рекомбинациясы дәл болады. Әдетте бұл рекомбинация люминесценцияның терең орталықтарында болады және жылулық энергия генерациясымен анықталады (2.13-суретте рекомбинация 2 орталықтарындағы генерациясы көрсетілген). Осылайша, оптикалық сәулелену үшін бұл электрондар <<жоғалады>> , ал Iрек рекомбинациялық ток <<сәулеленетін>> электрондардың инжекция эффективтілігін төмендетеді.

Р-базада сәулеленетін рекомбинацияны қамтамасыз ететін пайдалы компонентті ток болып эмитермен инжекцияланатын In электрондық ток болып табылады.

2.13-сурет. Инжекциялық электролюминесценция тогының құраушылары

Инжекция эффективтілігі In тогы қаншалықты толық I тогынан ерекшеленетінімен анықталады және γ коэффициентімен сипатталады:

Бұл жердегі IP – токтың кемтіктік құраушысы, олар n-эмиттердегі кемтіктер инжекциясына негізделген (Ip аз болған сайын, n-эмиттер р-базамен салыстырғанда қаттырақ легрленген); Iрек - р–n-ауысу аймағындағы сәулелендірмейтін рекомбинация тогы; Iтун – туннельдік ток(туннельдік ток көп болған сайын, p-n ауысу тар болып келеді, база қатты легрленеді және тура кернеу көп болады); Iпов – p-n-ауысу беті бойынша ағыс тогы (ток утечки).

p-базаға инжекцияланған электрондар p-n-ауысуы айналасында рекомбинация жасайды, рекомбинациямен қатар сәулелендірмейтін рекомбинация механизмдері бар. Олардың ішінен маңыздыларына мыналар қатысты:

• Люминесценцияның терең орталықтарындағы рекомбинациясы: электрон валенттік зонаға ауысуы мүмкін, ал энергетикалық деңгейлерді тудыратын комбинация орталықтары арқылы тиым салынған зонаға ауысады. Бұл жағдайда рекомбинация энергиясы жиі жағдайда ұзынтолқынды фотондар түрінде бөлінеді, кейін ақырындап тордың жылулық тербелісіне ауысады. Мұндай орталықтар (центр) ретіндеструктуралық дефектілер орындалады. Тиым салынған зонаның орта жағына жақын деңгейлер тудыратындар ерекшк зиян болып келеді. Бұлардың қатарына мыс, никель,кобальт, хром, алтын және т.б. жатады;

• Соқтығысатын немесе Оже-рекомбинациясы. Еркін заряд тасымалдаушылардың өте жоғары концентрация кезінде шалаөткізгіштерде үш дененің соқтығысу ықтималдығы артады (мысалы, екі электрон және кемтік). Электронды-кемтіктік жұптардың рекомбинациялайтын энергиясы кинетикалық энергия формасы ретінде үшінші еркін тасымалдаушыға беріледі. Бұл кинетикалық энергия тормен соқтығысу кезінде ақырындап жоғала бастайды.

Тәжірибелік түрде рекомбинацияның сәулелендірмейтін актілеріне энергиясы бар фотондар генерациялайтын кездегі ЕG тиым салынған зонаның көптеген аз кеңдіктерін (ширина) жатқызуға болады. Алынған ұзынтолқынды сәулелену сәулелендіргіштің жұмыстық спектралдық диапазоннан шығып кетеді және оптикалық сигналды жіберу кезінде жоғалады.

Люминесценция кезіндегі эффективті рекомбинациялардың санын ᶯэ ішкі кванттық шығыспен сипаттайды. Оны сәулелендіретін рекомбинациялардың актілер санының рекомбинациялар актілерінің толық санына қатынасымен анықтайды. Кейде ішкі кванттық шығысты генерацияланған фотондардың активті аймаққа инжекцияланғандардың санына қатынасымен анықтайды.

Осылайша, инжекциялық электролюминесценцияның эффективтілігі γᶯэ туындысы апқылы анықталады. Шекті ᶯэ р–n-ауысуды жасау шарттарымен және жұмыстың электрлік режимімен анықталады. Бәрінен бұрын, ᶯэ 2.14-суретте көрсетіліп тұрғандай I тура ток тығыздығынан тәуелді болады.

2.14-сурет. Ішкі кванттық шығыстардың тура ток тығыздығынан тәуелділігі

Ток тығыздығы аз болған кезде көлемдік заряд облысындағы рекомбинация үлкен әсер береді, одан кейін ᶯэ бастапқыда, I токтың өсуімен диод тогында диффузиялық компонент иелік етуге орнатылмағанға шейін тез өседі. I-дің ары қарай дамуы люминесценция орталықтарының ақырындап қанығуына және ᶯэ азаюына алып келеді.

Температураның әсері инжекция коэффициентінің және ішкі кванттық шығыстың өзгеруіне алып келеді. Инжекция коэффициенті температура өсуімен біршама өседі; әдетте сәулелену эффективтілігі төмендейді, және ішкі кванттық шығыс азаяды.