ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА

Электрическая модель светодиода

Эквивалентная схема светодиода приведена на рис. 4.12.

Время включения и время выключения излучения р-и-перехода из арсенида галлия оп­ределяется временем жизни неосновных носителей в /мшое и составляет около 1 нс. Однако в реальных излучателях время световой реакции несколько больше и зависит от уровня воз­буждения и приложенного напряжения.

Светодиод из арсенида-фосфида галлия (ОэАб^РД полученного диффузией цинка в эпитаксиальную пленку «-типа с концентрацией носителей 2,7 1017 см-3 и удельным со­противлением 0,014 Ом-см, имеет емкость Сд= 185 пФ при площади диода 0,25 мм2, а по­следовательное сопротивление г„ примерно минус 1 Ом.

Для светодиодов время задержки определяется как время, требуемое для достижения интенсивности излучения, соответствующей половине интенсивности для установившегося процесса. Оно составляет 5...10 нс при токе возбуждения 10 мА и уменьшается до 2...3 нс при токе возбуждения 100 мА. Увеличение времени задержки по сравнению с временем жиз­ни неосновных носителей в несколько раз связано с емкостью Сда индуктивностью Ь (обу­словленной подводящими проводниками) и активным сопротивлением диода г„. Сопротивле­ние равно сумме сопротивления внешней цепи и последовательного сопротивления диода.

Емкость диода зависит от приложенного напряжения

(4.5)

(</.-ипрГ ’

Где Со — емкость при нулевом смещении; (Ущ, — напряжение прямого смещения; {Ук — на­пряжение контактной разности потенциалов; а — коэффициент, зависящий от характера распределения примесей в диоде.

Диффузионная емкость составляет примерно 200 пФ при максимальном токе и быстро уменьшается при уменьшении тока. Ею можно пренебречь по сравнению с емкостью запор­ного слоя, составляющей примерно 1000 пФ. В соответствии с электрической моделью пол­ный ток через диод равен сумме реактивного тока через емкость и тока через резистор гд.

Ток через р-и-переход в стационарном режиме состоит из диффузионного тока /д„ф, опреде­ляющего величину излучения, и рекомбинационного тока /рек в области объемного заряда

/д„Ф = 'о, ехр (д(/пр/(АГ));

/Р«=/о2ехР(^„р/("»А7')), где т — коэффициент, зависящий от механизма рекомбинации; ц — заряд электрона.

Дифференциальное уравнение для напряжения на р-«-переходе при подключении на­пряжения Ь'о(1) имеет вид

-ьсд<12ипр/й(2 = (гпсл - ша /аипру<шпр/а/+^сд /дипр(дипр +>•„/„ +ипр. (4.6)

Здесь /а — ток через /р-и-переход в стационароном режиме.

Так как излучение из р-и-перехода пропорционально диффузионному току, переходная характеристика интенсивности света при любом зависящем от времени напряжении и0(1) может быть получена решением уравнения и подстановкой значения £/пр(0 в уравнение (4.6).

В частности, проведены расчеты для следующих значений параметров:

С0 = 230 пФ Вт; ик = 1,65 В; а = 0,5;

/о1 = 2,2 • 10'28 А; /„ =2,2-10'14 А;

Гп = 51 Ом, £, = 8 нГн; Т= 300 К.

Оценки показывают, что влияние индуктивности на время переходного процесса сказы­вается при временах менее 1 не. Переходной процесс аналогичен переходному процессу в линейной цепи с емкостью С„ и сопротивлением г„. Экспериментально определенные за­держки превышают теоретические, что объясняется влиянием диффузионной емкости, ко­торая не учтена в расчете. Анализ показывает, что для увеличения быстродействия необхо­димо уменьшить внешнее сопротивление, площадь излучающей поверхности, увеличивать плотность тока и напряжение смещения.