Современные светодиоды

Температурная зависимость интенсивности излучения

С ростом температуры интенсивность излучения светодиодов пада­ет. Это снижение интенсивности происходит из-за:

1) безызлучательной рекомбинации через глубокие примесные уровни,

2) рекомбинации на поверхности,

3) потери носителей в барьерных слоях гетероструктур. Температурную зависимость интенсивности излучения светодиодов

вблизи комнатной температуры часто описывают следующим феноме­нологическим уравнением:

где Ті — характеристическая температура конкретного светодиода. Предпочтительнее, чтобы характеристическая температура была доста­точно высокой, поскольку этому соответствует слабая температурная зависимость.

Интересно отметить, что как светодиоды, так и полупроводнико­вые лазеры обладают своими собственными зависимостями интенсив­ности излучения от температуры. Для светодиодов эта зависимость иногда называется уравнением Т, а для лазеров — уравнением То. В полупроводниковых лазерах пороговый ток, т. е. электрический ток, необходимый для начала генерации излучения, с увеличением тем­пературы растет. Это увеличение порогового тока часто описывается уравнением

Отметим, что температурные зависимости и интенсивности излучения светодиодов и порогового тока полупроводниковых лазеров являются чисто феноменологическими, основанными только на эксперименталь­ных данных, для их вывода не использованы уравнения, полученные из теоретических принципов.

На рис. 5.7 показаны полученные экспериментально температурные зависимости интенсивности излучения светодиодов трех типов: свето­диода голубого свечения InGaN/GaN, светодиода зеленого свечения InGaN/GaN и светодиода красного свечения AlInGaP/GaAs, снятые при постоянном токе (Toyoda Gosei Corporation, 2000). Видно, что светодиоды голубого свечения обладают наибольшей температурой Т, а красного свечения — наименьшей. Этот факт не является неожидан­ным, поскольку известно, что светодиоды голубого свечения имеют самые глубокие квантовые ямы и это делает структуры InGaN/GaN наиболее эффективными.

Упражнение. Компенсация температурной зависимости светодиодов

Рассмотрим светодиод с характеристической температурой Т = 100 К, по­роговым напряжением при температуре 20 °С 1,4 В и температурным коэффи­циентом порогового напряжения 0,5 мВ/К. Дифференциальное сопротивление данного светодиода при прямых напряжениях больше напряжения включения равно 20 Ом.

Требуется разработать схему управления светодиодом, состоящую из источ­ника постоянного напряжения и резистора, компенсирующую температурную зависимость интенсивности излучения светодиода. Схема должна обеспечивать одинаковую интенсивность излучения светодиода и в точке замерзания воды (0 °С), и при температуре 60 °С. При 0 °С через светодиод должен проходить ток 20 мА.