8.6. Внешняя квантовая эффективность

Получение высокой внутренней квантовой эффективности еще недостаточно для достижения высоких параметров светодиода. Отношение числа фотонов, вышедших из полупроводника, к числу носителей, прошедших через переход, называется внешней квантовой эффективностью, , равной , (8.10)

где   коэффициент инжекции; _вых  эффективность вывода излучения из светодиода. Внешняя квантовая эффективность всегда меньше _внутр, что обусловлено следующими факторами:

1. Потери при выводе излучения из полупроводникового материала за счет отражения и рефракции вследствие большого скачка показателей преломления на границе раздела полупроводник – воздух. Из световода выходит только та часть излучения, которая падает на поверхность раздела под углом меньшим критического _кр.

2. Потери на самопоглощение. Внутри полупроводника излучение с энергией фотона большей ширины запрещенной зоны может взаимодействовать с электроном валентной зоны и перевести его в зону проводимости. При этом образуется электрон-дырочная пара, а фотон поглощается.

Светодиоды или светоизлучающие диоды (СИД) полупроводниковые излучающие приборы, преобразующие электрическую энергию в энергию некогерентного светового излучения.

Светодиод основной и наиболее универсальный излучатель некогерентной оптоэлектроники, что обусловлено следующими его достоинствами: высокое значение КПД преобразования электрической энергии в оптическую, относительно узкий спектр излучения, перекрытие почти всего оптического диапазона излучением светодиодов различных типов, высокая для некогерентных источников направленность излучения, электрическая совместимость СИД с интегральными схемами в силу малого значения прямого падения напряжения, высокое быстродействие, малые габариты, технологическая совместимость СИД с микроэлектронными устро­йствами, устройствами интегральной оптики и волоконно-опти­ческих линий связи, высокая надежность и долговечность.

В качестве основных полупроводниковых материалов для СИД используются арсенид галля (GaAs), фосфид галлия (GaP), нитрид галлия (GaN), карбид кремния (SiC), трехкомпонентные твердые растворы фосфида и арсенида галлия: GaAs_1-xP_x (0x1) и Al_xGa_1-xAs и др.

8.7.Энергетические спектры атомов, молекул и твердых тел.

Поглощая фотон, атом (молекула) переходит в возбужденное состояние, а при столкновениях с другими атомами (молекулами) возвращается в основное состояние. Избыток энергии при этом превращается в кинетическую энергию движущихся частиц, то есть газ нагревается.

Энергетический спектр молекул в отличие от спектра атомов имеет дополнительные уровни в низкочастотном диапазоне, отвечающие колебаниям атомов в молекулах. Это не только приводит к дополнительным резонансам в инфракрасной области спектра, но и создает тонкую структуру спектральных линий в видимой области спектра. Дополнительные линии появляются потому, что одновременно с фотоном поглощается или излучается квант колебаний. Часто эти линии сливаются в полосы, и спектр приобретает полосатый характер. Кроме того, в формировании тонкой структуры спектра могут участвовать еще более низкочастотные кванты вращательных движений атомов.

Поскольку каждый атом или молекула имеет свой характерный для них энергетический спектр, можно по оптическому спектру устанавливать химический состав вещества. Это привело к возникновению спектрального анализа. Эффективность этого анализа видна хотя бы из того факта, что, исследуя спектр Солнца, ученые открыли новый химический элемент - гелий, который был получен в лабораторных условиях лишь позднее.