Основные характеристики инжекционной электролюминесценции

ИЗЛУЧАТЕЛЬНАЯ РЕКОМБИНАЦИЯ В p-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.

Основные характеристики инжекционной электролюминесценции

Рассмотрим инжекционную ЭЛ p-n-переходов, включенных в прямом направлении (Рис.1).

Рис. 1. Рекомбинационные переходы в прямо смещенном р-n переходе.

При этом через p-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-п-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-п-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 p-области, то число излучательных рекомбинаций в единице объема в единицу времени (R) равнялось бы просто току, выраженному в соответствующем количестве электронов, прошедших через p-n-γ (2.1)

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

(2.2)

где: - 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 γ^′n >> γn² , P_t = и яркость ЭЛ, определяемая величиной R, будет пропорцио­нальной квадрату тока:

B ~ I² (2.3)

При высоких уровнях инжекции, когда γ^′n << γn² , P_t = 1. Следовательно, скорость излучательной рекомбинации пропорциональна току и интенсивность ЭЛ:

B ~ I (2.4)

Экспериментально полученные зависимости В(I), построенные в координатах ln B ~ ln I, 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(1). При высоком уровне инжекции может иметь место выход инжектированных носителей за пределы полупроводника без осуществления рекомбинации ( <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 p-n-перехода. С учетом рекомбинации и генерации носителей тока в области пространственного заряда, ВАХ имеет вид:

(2.5)

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

B ~ I^x (2.6)

где x-постоянная величина, которая, как видно из (2.3) и (2.4), может меняться от 1 до 2 в зависимости от уровня инжекции.

Исходя из (2.5) и (2.6), получим зависимость B(V) в виде:

B ~ exp