2015-05-10
221
Как уже было отмечено, в полупроводниках типа InSb, GaAs, InP и др., где экстремумы обеих зон находятся в одной и той же точке, в данном случае в центре Бриллюэна, излучательная рекомбинация может быть одним из доминирующих механизмов, особенно при больших уровнях инжекции и при низких температурах, когда вероятность безызлучательных переходов уменьшается. В этом случае прохождение тока через p-n-переход сопровождается интенсивным свечением области p-n-перехода. Такие светящиеся или как их называют, люминесцентные диоды, находят применение в качестве маломощных, весьма экономичных источников света. В отличие от обычных ламп их излучение сконцентрировано в сравнительно узкой полосе частот шириной Δω=2kT/ћ в близи частоты ω0=Eg/ћ.
Квантовой эффективностью таких диодов называется отношение числа фотонов Nф, излучаемых за 1 сек, к числу пар, прошедших за это же время через p-n-переход, т.е. к величине
,
где I – ток через прибор, q – заряд электрона. (*) Квантовая эффективность η равна произведению внешней эффективности η' и внутренней η''. Внешняя эффективность определяется потерями на поглощение в самом приборе и равна отношению количества излучаемых фотонов Nф к числу электронов N, генерируемых за одну секунду. Внутренняя эффективность равна отношению вероятности излучательных переходов ωq к сумме вероятностей излучательных и безизлучательных переходов 
.
|
|
|
. (*)
; (14)
; 
.
В диодах из GаАs при температуре 77°К и напряжениях qU, близких к высоте барьера φ0, эффективность η достигает 42%, а при 20°К – даже 60%. При этом внутренняя эффективность близка к 100%, а основные потери связаны с поглощением в приборе.
Отношение излучательной мощности 
к входной мощности 
, т.е. коэффициент полезного действия равен
; (15)
Если бы величина 
не зависела от смещений, то можно было бы, уменьшив напряжение до значения qU, меньших 
, добиться того, чтобы превысило единицу, т.е. чтобы энергия на излучение бралась не только от внешнего источника, но и частично за счет тепла отбираемого от самого прибора, т.е. за счет его охлаждения. Это охлаждение вызывается тем, что через потенциальный барьер образуемый p-n-переходом и равный 
, проходят лишь самые быстрые электроны и дырки, поэтому оставшийся электронный газ отдает свою энергию проходящим через барьер электронам. В случае безызлучательной рекомбинации эта энергия вместе с энергией, получаемой от поля, выделяется на другой стороне p-n-перехода при рекомбинации, т.е. в целом прибор при прохождении прямого тока нагревается. В тех случаях, когда образовавшийся при рекомбинации фотон уходит из прибора, прохождение прямого тока в принципе может сопровождаться выстыванием прибора. Однако практически квантовая эффективность η сильно понижается c понижением напряжения. Кроме того, при таких напряжениях значительная часть электронов проходит через p-n-переход туннельным образом и затем рекомбинирует, излучая фотон меньшей энергии. В результате максимум полосы излучения с уменьшением тока смещается в сторону длинных волн. Поэтому до настоящего времени не удалось получить η, превышающее единицу.
|
|
|
