3.2.Внешний квантовый выход и коэффициент полезного действия светодиодов.

Внешний квантовый выход и коэффициент полезного действия явля­ются важнейшими количественными характеристиками светодиодов - приборов, действие которых основано на явлении ЭЛ в р-n-переходах.

Внешний квантовый выход определяется как отношение интеграль­ного по частотам числа излученных квантов (Ф), выходящих во внешнюю сре­ду, по всем углам, к числу электронов, пересекающих р-n-переход в единицу времени:

, (3.8)

где ξ - коэффициент вывода света, определяющий уменьшение интен­сивности излучения вследствие поглощения или отражения; Ф_о - число всех квантов, испускаемых в единицу времени в результате осуществле­ния излучательной рекомбинации без учета потерь на поглощение и отражение.

Приближенно можно считать, что

, (3.9)

где Ф_m - число квантов, выходящих во внешнюю среду с энергией, соответствующей максимуму полосы ЭЛ, -полуширина полосы ЭЛ, выраженная в эВ.

Коэффициент полезного действия (_p) определяется отношением полной мощности излучения к затраченной мощности электрического тока:

, (3.10)

где: U - падение напряжения на р-n-переходе, R_s - сопро­тивление контактов и базы диода.

Вблизи максимума полосы ЭЛ hv ≈ hv_m и Ф_m - посто­янная величина. Следовательно, .

Согласно (3.8) и (3.9),

. (3.11)

Подставив (3.11) в (3.10), получим

, (3.12)

или

, (3.13)

где: V - внешнее напряжение.

Как видно, для лучшего преобразования энергии электрического поля в световое излучение необходимо уменьшить величину R_s.

3.3. Методика расчета количественных характеристик.

Для определения абсолютных величин внешнего квантового выхода, коэффициента полезного действия и мощности излучения исследуемого светодиода используется градуированный фосфид-галлиевый фотоэлемент (ФЭ).

Если фотоэлемент, имевший дифференциальное сопротивление R_d, замкнуть на внешнее сопротивление R«R_d, то ток короткого замыкания I_к.з. в цепи определяется только внут­ренними свойствами элемента. Отношение числа электронов, прохо­дящих в единицу времени в короткозамкнутой цепи, к числу пада­ющих на элемент фотонов называется квантовым выходом фотоэлемента ( F() ).

Спектральная зависимость квантового выхода ФЭ, применяемого в данной работе, показана на рис. 6. Ток короткого замыкания фотоэлемента равен

, (3.14)

где: К -коэффициент собирания регистрирующего устройства, равный для данной установки 0.7; Ф(hv) - спектр излучения светодиода.

С ледует учесть, что спектр излучения светодиода узкий по сравнению с полосой спектральной чувствительности фотоэле­мента F(). Таким образом,

(3.15)

и вместо интегрирования в (3.14) можно приближенно записать

. (3.16)

С учетом (3.16) выражение (3.8) примет вид:

. (3.17)

Для измерения тока короткого замыкания ФЭ используется микроамперметр М-95, внутреннее сопротив­ление которого 10(Ом)<<R_d. Коэффициент полез­ного действия светодиода определяется согласно (3.12), исходя из значения величины квантового выхода, рассчитанного из (3.17). Зная и , из (3.10) можно опре­делить мощность излучения.

3.4. Методика измерений.

Для изучения характеристик светодиодов используется уста­новка, схема которой показана на рис.7.

Рис.7. Схема экспериментальной установки для изучения инжекционной ЭЛ светодиодов.

Напряжение, прикладываемое к светодиоду, обеспечивается уни­версальным источником постоянного тока УИП-2 и измеряется вольтметром Ф-4202 (V), обладающим высоким входным сопротивлением. Сила тока в цепи ФЭ определяется путем измерения величины падения напряжения (mV) на эталонном сопротивлении (R_эт) величиной 0.1(Ом), включенном последовательно с исследуемым светодиодом.

Исследование спектров ЭЛ осуществляется при включенном светодиоде СД₁, излучение которого фокусируется линзой (Л) на входную щель монохроматора УМ-2. За выходной щелью спектрального прибора расположен фотоумножитель ФЭУ-22 (Ф), позволяющий регистрировать световое излучение в диапазоне длин волн 400-1000нм. Электрический сигнал, пропорциональный интенсив­ности ЭЛ, измеряется вольтметром В7-27А/1. Питание ФЭУ осуществляется от стабилизированного источника напряжения ВС-22. Второй светодиод (СД₂), идентичный первому, использует­ся для получения зависимостей яркости ЭЛ от величины тока и напряжения, а также для определения количественных параметров прибора. В непосредственной близости к СД₂ расположен фотоэлемент, ток которого измеряется гальванометром М-95 (Г). Величина тока короткого замыкания фотоэлемента пропорциональна интен­сивности излучения светодиода. Таким образом, показания гальванометра при различных значениях тока в цепи светодиода СД₂ позволяют судить о зависимости яркости ЭЛ от силы тока и напряжения.