Современные светодиоды

Температура носителей и наклон спектральной характеристики в области высоких энергий

Из распределения Больцмана для носителей зарядов, описывающе­го спектр излучения в области высоких энергий, вытекает экспоненци­альная зависимость интенсивности излучения от энергии фотонов:

/ ос ехр [—hv/(kTc)], (6.1)

где Тс — температура носителей. Наклон спектральной характери­стики в области высоких энергий определяется выражением

„ nL (6 2)

d{hv) kTc ' ’

Отсюда видно, что из наклона спектральной характеристики можно непосредственно получить температуру носителей. Поскольку темпера­тура носителей практически всегда выше температуры перехода, благо­даря инжекции носителей с высокой энергией в активную область, этот метод позволяет определять верхнюю границу реальной температуры р-п-перехода.

На рис. 6.1 показаны спектры излучения светодиодов InGaN и AlInGaP при разных значениях тока (Chhajed et al., 2005; Gessmann et aL, 2003). Видно, что температуры носителей, определяемые по наклонам спектральных характеристик в области высоких энергий, при увеличении тока растут. Так, при низких значениях тока температу­ры носителей в светодиодах InGaN и AlInGaP соответственно равны 221 °С и 212 °С, а при высоких токах эти температуры 415 °С и 235 °С. Однако из-за эффекта уширения спектров тройных и четверных по­лупроводниковых твердых растворов полученные значения температур несколько выше реальных температур носителей.

Уширение спектров излучения многокомпонентных твердых рас­творов полупроводниковых соединений (и, как следствие, уменьшение наклонов их спектральных характеристик) происходит из-за статисти­ческих флуктуаций их химического состава (Schubert et al., 1984). Учет этого эффекта и теплового (кТ) уширения спектров позволяет значительно повысить точность определения температуры носителей.

') Обсуждение вопроса об определении температуры носителей из спектров см. в [1-4].

Рис. 6.1. Температуры носителей в светодиоде синего свечения InGaN (а) и светодиоде красного свечения AlInGaP (б), полученные из наклонов спектраль­ных характеристик в области высоких энергий. Из-за уширения спектров излу­чения многокомпонентных твердых растворов измеренные значения превышают реальные температуры носителей (Chhajed et al., 2005; Gessmann et al., 2003)

Метод определения температуры носителей по наклону спектраль­ных характеристик в области высоких энергий лучше всего подходит для бинарных соединений — GaAs и InP. Этим соединениям не свой­ственно уширение спектров из-за флуктуаций состава, поэтому тем­пературы носителей, определенные данным методом, наиболее близки к реальным.