Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
0С) - телесный угол; Ф (Я) - скорость генерации фотонов в единицах
фотон/(с-см2); Ri - коэффициент отражения от тылового контакта; а (X) и х
- соответственно коэффициенты поглощения и толщина р~ и "-областей
прибора.
На рис. 11 показаны поперечные разрезы других светодиодов, которые имеют
полусферическую, усеченно сферическую и параболическую геометрию [33].
Аналогичные выражения для эффективности могут быть получены также и для
этих конфигураций. Основное отличие этих трех структур от структуры с
плоской
01)
0С = sin-1 (njfiz).
(12)
(13)
(И)
Светодиоды и полупроводниковые лазеры
285
Полупроводник Переход Переход
Переход
¦Контакты
¦Контакты
Контакты
а &
Рис. 11. Разрез трех еветодиодов [33]. а - полусфера; б усеченная сфера;
в " параболоид.
6
геометрией (рис. 10, а) состоит в том, что телесный угол для них равен 1.
Таким образом, отношение эффективностей равно
1 1 (16)
JL
%
1 - cos 0С 1 - ]/" 1 - 1/п^
fl/r|F=2tt2 при rt2> 1. (16)
Это означает, что для структур на GaP с п2 - 3,45 при данной геометрии
можно ожидать увеличения эффективности на порядок величины (рис. 11). На
рис. 12 приведены типичные диаграммы направленности для плоского,
полусферического и параболического диодов [34]. Очевидно, что требуемая
диаграмма направленности может быть получена за счет изменения геометрии
прибора.
20° /0° О 10° 20°
Рио. 12. Диаграмма направленности излучения светодиодов плоской (а),
полусферической (б>) и параболической (в) геометрии [34].
286
Г лава 12
hv, эЗ 1,61 1.5
10
i . ¦ ; 1
Желтый
Инфракрасный
Л, мкм
Рис. 13. Относительные спектры излучения различных светодиодов вилимого и
инфракрасного диапазонов.
На рис. 13 представлены относительные спектры излучения некоторых
типичных светодиодов при комнатной температуре. Инфракрасные светодиоды
из GaAs и соединений типа AnlBv будут рассмотрены в разделе 12.3.2.
Красные светодиоды могут быть изготовлены из прямозонного соединения
GaAs0)CP0>4, а также на основе GaP с примесью ZnO, которая, обладая таким
же числом общих валентных электронов, как и пары соседних атомов галлий -
фосфор, замещает их в решетке полупроводника [2]. ZnO является одной из
примесей, формирующих изоэлектронные центры. Уровень рекомбинации,
обусловленный этой примесью, расположен примерно на 0,3 эВ ниже края зоны
проводимости GaP, в результате чего испускаются кванты с энергией 1,95
эВ. Светодиоды, излучающие оранжевый, желтый и зеленый свет [35],
создаются на основе непрямозонных соединений GaAs^ Рм или GaP,
легированных изоэлектронной примесью азота. Светодиоды, излучающие
голубой свет, могут быть изготовлены из соединений ZnS, SiC [36], а также
в виде преобразователей инфракрасного излучения в видимое [37 ]. Рис. 14,
а иллюстрирует основную структуру преобразователя, в котором инфракрасное
излучение светодиода GaAs поглощается слоем фосфора с добав* ками ионов
редкоземельных элементов, например иттербия (Yb3+) или эрбия (Ег3+).
Характеристики преобразования зависят от
Светодиоды и полупроводникосые лазеры
287
процесса последовательного поглощения двух фотонов в инфракрасной области
спектра, сопровождающегося испусканием одного фотона в видимой области
спектра (рис. 14, б). На рис. 13 в фиолетовой части спектра расположен
спектр излучения светодиода с р - я-переходом на основе GaN. Отметим, что
с увеличением длины волны Я0> соответствующей максимуму спектра
излучения, увеличивается также и полуширина спектра. Это обусловлено тем,
что ширина спектра спонтанного излучения пропорциональна Я*. как и
следует из уравнения (2).
На рис. 13 приведена также характеристика чувствительности глаза
(штриховая кривая) с максимумом на длине волны 0,555 мкм (зеленый свет).
По мере смещения длины волны в красную область видимого спектра
чувствительность глаза быстро падает. Спектральная характеристика
чувствительности глаза должна учитываться при оценках эффективности
визуального восприятия излучения от различных светодиодов с известными
значениями энергии излучения. Для светодиодов с высокой эффективностью и
широким спектром яркостный эквивалент излучения дается выражением [29 I:
Яркость = L0 j V (Я) р (Я) dk [лм/Вт], (17)
где Lq - максимальное значение яркости, равное 680 лм/Вт; V (Я) - функция
относительной видности глаза; Р (Я) - спектр излучения. Например, как
показано на рис. 15, максимум красного излучения диода на основе GaP -
ZnO лежит на длине волны 0,69 мкм. Максимум кривой, соответствующей
суперпозиции спектра излучения с кривой видности, смещается к значению Я
= 0,65 мкм и соответствует яркостному эквиваленту, равному 15 лм/Вт.
Рис. 14. Преобразователь, в котором излучение GaAs-диода возбуждает
испускание света фосфором (а) и энергетические уровни преобразования (;6)
[371,
288
Глава 12
Рис. 15. Оценка яркостного эквивалента излучения [29].
Светодиоды, излучающие в видимой области спектра, могут использоваться в
качестве индикаторов и дисплеев, а также в оптронах [3]. На рис. 16
