Напівпровідникові прилади на основі p-n переходу, страница 22

Аналізуючи процеси в такій структурі, можна виділити наступні складові струму I, що підводиться до приладу (рис. СД2): рекомбінаційна складова I_РЕК, яка обумовлена рекомбінаціями в р-n переході і не приводить до створення фотонів (за рахунок такої рекомбінації виділяються теплові кванти); електронна складова I_n, яка приводить до рекомбінацій в області бази і створення фотонів; діркова складова I_p, обумовлена переходом дірок з р- області в n- емітер і також не створює фотони. Відношення I_n до сумарного (повного) струму I = I_n + I_РЕК + I_p називається коефіцієнтом інжекції:

g = I_n / I ,

який оцінює теоретичну межу ефективності світловипромінювання.

Практично межа ефективності має ще меншу величину, оскільки в напівпровідниках існують механізми рекомбінацій без випромінювання, які зменшують величину g і оцінюються коефіцієнтом, який називається внутрішнім квантовим виходом. В результаті світловипромінююча ефективність р-n переходу визначатиметься добутком g×h.

Особливості світловипромінюючих властивостей гетероструктур полягають в слідуючому.  По-перше, одностороння інжекція не пов’язана з рівнями концентрацій носіїв в емітерній і базовій областях, як це має місце в звичайних р-n переходах. Тому вона зберігається до значних щільностей струму приладу, що дає можливість значно підвищити ефективність випромінювання в оптичному діапазоні. По-друге, оптичні властивості емітера і бази суттєво відрізняються, тобто спектральна характеристика випромінювання бази зміщена в сторону довгих хвиль по відношенню до спектральних характеристик поглинання широкозонного емітера. Тому випромінювання бази може виводитись через емітер без поглинання.

Переваги гетероструктур можуть бути забезпечені лише при високій точності їх виготовлення.

Світловипромінюючі діоди, які випускаються промисловістю, конструктивно розділяються на дві  групи: в металоскляному корпусі і на основі металоскляної ніжки. (рис. 3.  а, б). Також виготовляються світлодіоди в безкорпусному варіанті (рис3.  в).

Перші з них характеризуються високою надійністю і стабільністю параметрів, механічною і кліматичною стійкістю. Другі мають слідуючі переваги: за рахунок полімерного герметичного корпусу можливо забезпечувати перерозподіл світового потоку як в напрямку звуження діаграми направленості, так і в напрямку його розширення; полімерна герметизація збільшує зовнішній квантовий вихід випромінювання за рахунок збільшення кута повного внутрішнього відбиття на межі кристал-полімер; більша стійкість до ударних і вібраційних навантажень; можливо отримати менші габарити; простіші в технології виготовлення і тому мають меншу вартість. Безкорпусні діоди використовуються в герметичній апаратурі.

Наявність ізолюючого корпуса приводить до допоміжного зниження ефективності випромінювання за рахунок допоміжного поглинання в корпусі. Тому кожен корпус світлодіода характеризується  оптичною ефективністю, або коефіцієнтом виходу світла h_ОПТ, а якість світлодіода визначається зовнішнім квантовим виходом:

h_З = h_ОПТ ×g×h.

Основними характеристиками СВД є: випромінювальна, спектральна, оптична, частотна, вольт-амперна.

Випромінювальна характеристика відображає залежність потоку випромінювання Ф_В від струму, що протікає в прямому напрямку (Рис.3 .20) і є характерною для СВД, що працюють в інфрачервоному діапазоні. Для світлодіодів, які випромінюють в видимому оптичному діапазоні, основним параметром є сила світла I_Ф (вимірюється в канделах [Кд]) – тобто світловий потік, що припадає на одиницю тілесного кута в заданому напрямку. Діапазон сили світла для різних світлодіодів знаходиться в діапазоні від 0.7 мКд до сотень мКД. В ультраяскравих світлодіодах величина сили світла може досягати декількох тисяч мКД.