3. Излучательная рекомбинация в р-n-переходах и характеристики светодиодов

Электролюминесценцией (ЭЛ) называется излучение света, воз­никающее под действием электрического поля. В данной работе изучаются стационарные характеристики инжекционной ЭЛ прямо смещенных p-n-переходов.

3.1.Основные характеристики инжекционной электролюминесценции

Р ассмотрим инжекционную ЭЛ p-n-переходов, включенных в прямом направлении (Рис.5).

При этом через р-n-переход проходят потоки электронов и дырок, которые могут рекомбинировать как в области пространственного заряда (переходы 1, 1), так и в базе светодиода (переходы 2,2).

Основными характеристиками инжекционной ЭЛ являются: спектры излучения, зависимости яркости свечения от величины тока и нап­ряжения, квантовый и энергетический выход, мощность излучения.

1. Спектры ЭЛ. В спектре инжекционной ЭЛ р-n-переходов основной, как правило, является полоса свечения, связанная с меж­зонной рекомбинацией инжектированных электронов и дырок. При этом энергетическое положение максимума полосы люминесценции соответствует ширине запрещенной зоны полупроводника. При нали­чии в области р-n-перехода локальных центров свечения, помимо основной полосы, соответствующей зона-зонным переходам, наблюда­ется длинноволновая полоса, обусловленная рекомбинацией свобод­ных электронов и дырок, локализованных на центрах свечения. По энергетическому положению максимума длинноволновой полосы ЭЛ можно определить оптическую энергию активации центров люминес­ценции.

2.Зависимость яркости ЭЛ от силы тока. Если бы все элект­роны из n-области рекомбинировали со всеми дырками, инжектирован­ными из р-области, то число излучательных рекомбинаций в единице объема в единицу времени (R) равнялось бы просто току, выражен­ному в соответствующем количестве электронов, прошедших через р-n-переход. В действительности

, (3.1)

где: I -ток, проходящий через р-n-переход, выраженный в количе­стве электронов в единице объема в единицу времени, _о- внутрен­ний квантовый выход ЭЛ, равный

, (3.2)

где: θ -доля общего числа рекомбинаций в пределах люминофора (учитывает возможность выхода инжектированных носителей из области рекомбинации), P_t -доля излучательных рекомбинаций, равная отношению числа излучательных переходов к общему числу излучательных и безызлучательных переходов: , где: , -коэффициенты излучательной и безызлучательной рекомбинации, соответственно.

При низких уровнях инжекции, когда и яркость ЭЛ, определяемая величиной R, будет пропорциональной квадрату тока:

. (3.3)

При высоких уровнях инжекции, когда . Следовательно, скорость излучательной рекомбинации пропорциональ­на току и интенсивность ЭЛ:

. (3.4)

Экспериментально полученные зависимости B(I), построенные в координатах , имеют два прямолинейных участка с наклоном близким к 2 и 1, соответственно.

При низких уровнях инжекции не учтена возможность существова­ния токов утечки, которые могут заметно изменять характер зависи­мости В(I). При высоком уровне инжекции может иметь место выход инжектированных носителей за пределы полупроводника без осуществления рекомбинации (θ<1). Это приводит к уменьшению квантового выхода ЭЛ и зависимость В(I) становится сублинейной.

3.Зависимость яркости ЭЛ от напряжения. Для получения со­ответствующей зависимости необходимо воспользоваться вольтамперной характеристикой (ВАХ) излучающего р-n-перехода. С учетом рекомбинации и генерации носителей тока в области пространственного заряда, ВАХ имеет вид:

, (3.5)

где А-постоянная величина, изменяющаяся от 1 до 2 в зависимости от уровня инжекции.

Зависимость яркости ЭЛ от силы тока в общем случае можно предста­вить в виде

, (3.6)

где  -постоянная величина, которая, как видно из (3.3) и (3.4), может меняться от 1 до 2 в зависимости от уровня инжекции.

Исходя из (3.5) и (3.6), получим зависимость B(V) в виде:

. (3.7)