Светодиоды. Изоэлектронные примеси

1. Светодиоды-

Светодиоды• п/п диоды с (гомо- или гетеро-) p-n-переходом, пропускание тока
через который вызывает интенсивное некогерентное излучение
(основанное на спонтанной рекомбинационной люминесценции
носителей заряда, инжектируемых в активную область).
• Два механизма излучательной рекомбинации:
• 1) межзонная рекомбинация свободных электронов и дырок в
прямозонных п/п;
• 2) рекомбинация электронов и дырок в составе экситонов,
связанных с примесными изоэлектронными центрами
(ловушками) в непрямозонных п/п.

2.

для GaAs при комнатной температуре коэффициент Эйнштейна
для GaP
A21 ≈3·10-10 см3·с-'
A21 ≈5·10-14 см3·c-1
Экситоны- электрически нейтральные квазичастицы, представляющие собой
связанное (электростатически) состояние электрона проводимости и
дырки, расположенных или в одном узле кристаллической решетки
(экситоны Френнеля) или на расстояниях, значительно больших
междуатомных (экситоны Ванье-Мотта).

3.

4.

Изоэлектронные примеси – это электрически нейтральные
примеси, создающие локальное возмущение потенциала.
• Изоэлектронный акцептор.
Если изоэлектронный центр имеет меньший атомный номер, чем
замещаемый основной атом решетки, то возникающие вследствие
различия потенциалов атомов короткодействующие силы будут
притягивать электрон. Затем захватывается дырка.
• Изоэлектронный донор.
Если изоэлектронный центр имеет больший атомный номер, чем
замещаемый основной атом решетки, то сначала захватывается
дырка, а затем электрон.
В GaP на изоэл. ловушке (N) энергия связи экситона – порядка 0,01 эВ.
В GaP на изоэл. ловушке (Zn-O) энергия связи экситона– порядка 0,4 эВ

5. По функциональному назначению и спектру излучения светодиоды подразделяются на:

• 1) ИК-светодиоды предназначены для работы в качестве
источников излучения в различного рода оптоэлектронных
устройствах (ВОЛС, оптронах, датчиках, ЗУ, системах накачки и
т.д.);
• 2) светодиоды видимого диапазона спектра (индикаторные СД),
предназначенные, в основном, для устройств визуального
отображения информации.
• По способу вывода излучения СИД подразделяются
на:
• 1) диоды с поверхностными излучателями;
• 2) диоды с торцевыми излучателями

6.

Структура СИД с поверхностным излучателем (а) и с торцевым
излучателем (б): 1 – эпоксидная смола; 2 – контактная площадка; 3
– излучение; 4 – световод; 5 – подложка на n-GaAs; 6 – активный
слой; 7 – теплоотвод; 8 – нижняя контактная площадка; (диаметр 50
мкм); 9 – нижняя контактная площадка (диаметр 65 мкм); 10 –
подложка.

7. Характеристика мощности оптического излучения

I
Pизл h эфф си ( )
e
си - внутренний квантовый выход светового излучения,
эфф - эффективность вывода излучения,
I/e - число носителей, инжектированных в активный слой в единицу времени
си 1 /(1 изл / би )
4 процесса безизлучательной рекомбинации:
1) Оже-рекомбинация;
2) поверхностная рекомбинация;
3) рекомбинация через макроскопические дефекты,
включения и прочие неоднородности;
4) рекомбинация на точечных микроскопических дефектах.

8.

9.

В эфф учитывается эффект уменьшения выводимого излучения за
счет
самопоглощения в активном слое, френелевского отражения от
граней
кристалла и полного внутреннего отражения.

10. Эффективность связи с волоконным световодом

Формы пучка излучения СИД
с поверхностным излучателем (а) и с торцевым излучателем (б)
Расчетные значения потерь при
непосредственной связи СИД с световодом:
А – светоизлучающий диод с поверхностным
излучателем;
Б - светоизлучающий диод с торцевым
излучателем.

11.

2
2
(волокно со ступенчато изменяющим ся показтелем преломления )
M NA
c
2
2
(1 / 2) M NA (волокно с распределенным показателем преломления )
M=D2/D1
D1 – диаметр источника оптического излучения
D2 – диаметр сердцевины волоконного световода
D1 D2

12.

При незначительной безизлучательной рекомбинации полоса
модуляции определяется концентрацией примеси, плотностью тока
инжекции и толщиной активного слоя. При небольшой концентрации
примеси граничная частота определяется выражением
f гр ( LJ /( ed )
L – коэффициент рекомбинации

13. Индикаторные светодиоды