Современные светодиоды

Отклонения от идеальных вольтамперных характеристик

Из уравнения Шокли следует теоретическое выражение предпо­лагаемой вольтамперной характеристики р-п-перехода. Для описания экспериментально наблюдаемых характеристик используют уравнение

(4.10)

где riideai — коэффициент неидеальности вольтамперной характери­стики диода. Для идеальных диодов он равен 1. Для реальных диодов величина этого коэффициента лежит в диапазоне 1,1 -1,5. Однако для полупроводников типа AnIBv на основе арсенидов и фосфидов коэффициент может быть равен 2, а для GaN/GaIriN-диодов пк|еа| = 6. Более подробный анализ коэффициента неидеальности можно найти в работе Родрика и Уилльямса (Rhoderick, Williams, 1988) 0.

') Обсуждение неидеальных вольтамперных характеристик светодиодов с гетероструктурами InGaN/GaN см. в [2-5].

1 1 I I 1 I I I

диод GaAs Г* 300 К

“■ЛЛЛг

влияние.__

параллельного^

сопротивления

0-1—W—г°

Часто диоды обладают нежелательными или паразитными со­противлениями. На рис. 4.4 показано влияние последовательных и параллельных паразитных сопротивлений на вольтамперные характе­ристики (ВАХ) р-п-перехода. Последовательные сопротивления могут появляться из-за слишком большого сопротивления контактов или из - за сопротивления нейтральной области. Любые каналы в р-п-переходе, вызванные разрушениями его областей или дефектами на поверхности, приводят к формированию паразитных параллельных сопротивлений.

Для учета паразитных сопротивлений вольтамперную характери­стику диода, определяемую уравнением Шокли, необходимо моди­фицировать. Считая, что Rp — сопротивление, стоящее параллельно идеальному диоду, a Rs — сопротивление, стоящее последовательно с идеальным диодом и шунтом, выражение для вольтамперной харак­теристики р-п-перехода при прямом смещении можно записать в виде

Конкретные причины отклонений реальных /-^-характеристик ди­одов от идеальных могут быть обусловлены как наличием паразитных сопротивлений (последовательных или параллельных), так и прежде­временным включением. Для их выяснения вольтамперные характери­стики строят в линейном и логарифмическом масштабах. Оценка величины паразитных сопротивлений

диода

Параллельное сопротивление диода можно оценить по /-^-харак­теристике в диапазоне напряжений V <^Ед/е, т. е. вблизи начала координат. В этом диапазоне напряжений током через р-п-переход можно пренебречь, а параллельное сопротивление найти из выражения

Rp= dV/dl.

Отметим, что для большинства диодов параллельное сопротивление намного превышает последовательное, поэтому при оценке параллель­ного сопротивления нет необходимости учитывать последовательное сопротивление.

Последовательное сопротивление следует оценивать только при вы­соких напряжениях, когда V > Ед/е. В этих случаях вольтамперная характеристика диода становится линейной и поэтому для оценки последовательного сопротивления можно использовать соотношение

Rs = dV/dl.

Однако иногда из-за нагрева оценку сопротивлений диода следует проводить по-другому.

Для диодов с большим параллельным сопротивлением (Rp —> оо) вольтамперную характеристику (4.11) можно записать в виде:

J — J. ee(y-IRs)/(niielikT)'

Решив это уравнение относительно V и продифференцировав результат по I, получаем выражение

dV ____ £>__ , '^-irieal 1

—у j — Н • j,

al el

где второе слагаемое в правой части уравнения представляет собой дифференциал сопротивления р-тг-перехода. Умножив это уравнение на I, можно найти последовательное сопротивление диода из наклона зависимости функцииIdV/ dtl от I, показанной на рис. 4.7,6.

Рис. 4.7. Метод оценки последовательного сопротивления диода: a — Rg опре­деляется по тангенсу угла наклона ВАХ светодиода при V > Vth б — уравнение в рамке справедливо для диода при прямом смещении, когда V кТ/е