Основные принципы работы светодиодов и п/п лазеров

Выполнил: Савостьянов А.А
Столяров Д.С.
группа 21305
Инжекция носителей в p-n переходе
Энергетическая диаграмма, поясняющая механизм действия
инжекционного диода, его яркостная характеристика и эквивалентная
схема.
Концентрация инжектированных электронов на границе р—n-перехода
и р-области n'(хp) определяется выражением
п'(Хр)=np*exp(еU/kT),
(1)
где nр—концентрация равновесных электронов в р-области; k—
константа Больцмана; Т—температура: e—заряд электрона.
Поскольку инжектированные носители рекомбинируют с основными
носителями соответствующей области, то их концентрация п'р в
зависимости от расстояния от р—n-перехода изменяется следующим
образом (для электронов в р-области):
n'p=n(xp)exp[-(x-xp)/Ln],
(2)
где Ln — Диффузионная длина электронов.
В случае, когда существенны оба компонента тока (электронный и
дырочный), общий ток I описывается формулой
I = (In0 + Iр0)*[exp(eU/kT) - 1],
(4)
где
In0 = eDn*np/Ln; Ip0=eDp*pn/Lp.
Коэффициент инжекции п , т.е. отношение электронной компоненты тока In0
к полному прямому току I=In0+Ip0, определяется по формуле
n=LpNd/[LpNd+(Dp/Dn)*LnAa],
(6)
где Nd и Na — концентрации доноров и акцепторов в л- и р -областях.
Принцип действия светодиода
- электроны
- «дырки»
Гетеропереход. Физические основы.
Одной из причин обращения к гетеропереходам является возможность
получить высокоэффективную инжекцию неосновных носителей в узкозонный
полупроводник, т.е. суперинжекция, заключающаяся в том, что концентрация
инжектированных в базу носителей может на несколько порядков превысить
их равновесное значение в змиттерной области.
Рис 1
а)
б)
Идеальная зонная схема для гетероперехода.
а) - в условиях равновесия; б) - при прямом смещении V
Рис 2
Рис 3
Принцип действия светодиода с
гетеропереходом
Из светоизлучающего кристалла может быть выведена
только часть генерируемого р — n-переходом излучения в связи
со следующими основными видами потерь:
потери на внутреннее отражение излучения, падающего
на границу раздела полупроводник — воздух под углом, большим
критического;
поверхностные потери на френелевское отражение
излучения, падающего на границу раздела под углом, меньшим
критического;
потери, связанные с поглощением излучения в
приконтактных областях;
потери на поглощение излучения в толще
полупроводника.Наиболее значительны потери на полное
внутреннее отражение излучения. В связи с большим различием
показателей преломления полупроводника nп и воздуха na доля
выходящего излучения определяется значением критического
угла пр между направлением светового луча и нормалью к
поверхности:
пр= arcsin n-1,
где n=nn/nв.