Главная | Обратная связь

Внешний квантовый выход.

Параметром, характеризующим эффективность преобразования элект-рической энергии в энергию оптического излучения в излучающем диоде, является внешний квантовый выход. Внешним квантовым выходом η_e называется отношение количества фотонов N_ф, излученных диодом в единицу времени, к количеству носителей заряда N_э, прошедших через p-n-переход за это же время:

η_e= N_ф/N_э (29)

Где - энергия фотона в максимуме спектра излучения,

- мощность излучения диода,

I=eN_э - ток через диод.

Отношение (29) можно переписать следующим образом:

(30)

В выражении (30) - число электронно-дырочных пар, рекомбинирующих внутри активной области излучающего диода в единицу времени; - число фотонов, излученных в результате этой рекомбинации. Отношение

(31)

представляет собой эффективность инжекции в активную область неосновных носителей заряда – электронов или дырок – в зависимости от типа проводимости этой области (см.формулы (27), (28) для p-n-перехода). Величина

(32)

является внутренним квантовым выходом материала активной области (см.выражение (14)). Наконец, отношение

(33)

показывает долю излучения, выводимую из активной области наружу диода, и называется коэффициентом вывода излучения.

Эффективность инжекции и внутренний квантовый выход в излучающих диодах (см. выражения (14), (27), (28)) довольно часто близки к единице. В этих случаях внешний квантовый выход диодов определяется величиной (см. формулу (30)). Коэффициент вывода излучения всегда меньше единицы, т.е. из кристалла излучающего диода во внешнюю среду может быть выведена только часть генерируемого в активной области избыточного излучения. Основными процессами, приводящими к потерям излучения при выводе его из кристалла, являются следующие (рис.5).

1.Полное внутренее отражение излучения, падающего на границу раздела полупроводник/воздух под углом θ больше критического θ_кр .

2.Частичное (френелевское) отражение излучения, падающего на границу раздела под углом θ<θ_кр .

3.Поглощение излучения в приконтактных областях и выход излучения через торцы.

4.Поглощение излучения в толще полупроводника.

В связи с этим для увеличения коэффициента вывода используются следующие приемы.

1.Придание световыводящей поверхности кристалла полупроводника формы полусферы или усеченной сферы, чтобы угол падения на нее основной доли излучения был меньше критической величины θ_кр .

2.Использование полимерного купола (линзы) с показателем преломления

n₀<n_л<n_п на плоской поверхности кристалла для увеличения критического угла полного внутреннего отражения.

3.Нанесение на поверхность антиотражающей диэлектрической пленки для уменьшения френелевских потерь.

4.Применение специальной конфигурации обратной стороны кристалла – мезаструктуры – для обеспечения внутренней фокусировки излучения и уменьшения потерь через торцы кристалла.

Рис. 5. Основные потери излучения при выводе его из кристалла.