Инжекционные светодиоды с р-n-переходами
Светоизлучающий полупроводниковый диод (или кратко — светодиод) явля- ется одним из основных источников излучения в оптоэлектронике и оптической свя- зи. Он представляет собой включенный в прямом направлении р-n-переход, в котором происходит рекомбинация электронов и дырок как в области объемного заряда шириной d, так и по обе стороны от этой области на расстоянии диффузионных длин электронов в р-области (l1) и дырок в n-области (l2).
Внешнее напряжение понижает потенциальный барьер на границе р- и n-областей и создает условия для инжекции (введения) электронов в р - область и дырок в n-область.
Рис:
рекомбинация электронов и дырок в p-n
переходе в прямом направлении.
По мере повышения прямого напряжения U ток через р-n-переход экспонен- циально возрастает и при условии qU >> kT определяется выражением:
Общее число рекомбинаций за секунду определяется силой тока, часть этих рекомбинаций происходит с излучением, и поток излучения Ф, выраженный в чис- лах фотонов, излученных за 1 с, составляет
Излучающей является одна из сторон р-n-перехода (например, p-область).
Внешний квантовый выход светодиода ηke = ηkKo всегда ниже внутреннего, что обусловлено прежде всего потерями света при выходе из диода.
61. Светодиоды с антистоксовым люминофором
Так как квантовый выход диодов GaAs:Si, излучающих в инфракрасной области, значительно выше выхода диодов, излучающих в видимой области, существует возможность использования инфракрасных диодов для получения видимого излучения с помощью так называемых антистоксовых люминофоров. По правилу Стокса, частота фотолюминесценции обычно меньше частоты возбуждающего излучения. В некоторых случаях, однако, наблюдается обратное со- отношение между этими частотами, что и происходит у антистоксовых люминофоров. Были получены антистоксовые люминофоры с максимумом возбуждения около hv = 1,3 эВ, т.е. в области излучения диодов GaAs:Si. Если на поверхность GaAs- диодов нанести слой порошкообразного антистоксового люминофора, то под действием ИК-излучения диода он будет излучать в видимой области благодаря последовательному поглощению и суммированию энергии двух квантов ИК-излучения. Эффективность преобразования ИК-излучения в видимое возрастает при увеличении уровня возбуждения люминофора (тока через диод). В качестве антистоксовых люминофоров используют фториды, оксисульфиды лантана и другие соединения, активированные иттербием и эрбием, например люминофор La2O3S:Yb, Er, с помощью которого может быть получено зеленое свечение яркостью до 400 кд/м2 при плотности тока через диод 5 А/см2 . Общий квантовый выход такого двойного преобразования электрической энергии в световую не превышает 1%, но примерно такой же квантовый выход имеют и светодиоды из GaP с зеленым излучением. Таким образом, применение диодов с антистоксовым преобразованием энергии может быть оправданным, особенно в случае необходимости получить повышенные яркости зеленого излучения. Быстродействие диодов с антитоксовыми люминофорами определяется процессами в люминофорах и может быть ниже, чем у обычных светодиодов.