2.3.1.  Принцип действия

Рассмотрим полупроводниковые приборы отображения информа­ции, структура которых имеет выпрямляющий электрический переход (р-n-переход или гетеропереход), а также инфракрасные излучающие диоды, так как принцип действия этих приборов один и тот же. Электролюминесцентные порошковые и пленочные излучатели хотя и относятся к полупроводниковым приборам отображения информации, но отличаются по структуре и принципу действия. Поэтому они будут рассмотрены в последующих разделах.

Излучение полупроводниковых приборов отображения инфор­мации и инфракрасных излучающих диодов вызвано самопроиз­вольной рекомбинацией носителей заряда при прохождении прямого тока через выпрямляющий электрический переход. Реком­бинация носителей заряда может происходить как в самом вы­прямляющем электрическом переходе, так и в прилегающих к этому переходу областях структуры. Чтобы кванты энергии (фотоны), освободившиеся при рекомбинации, соответствовали квантам видимого света, ширина запрещенной зоны исходного полупроводника должна быть относительно большой:

 >1,7 эВ.

При меньшей ширине запрещенной зоны исходного полупровод­ника кванты энергии, освобождающиеся при рекомбинации носи­телей заряда, соответствуют инфракрасной области излучения.

Электронно-дырочный переход светодиодов вы­полняют несимметричным, с концентрацией дырок в р-слое (эмитте­ре), много большей концентрации электронов в n-слое (базе). Тем самым при прямом напряжении смещения ток в светодиоде создается преимущественно дырками эмиттера, переходящими под действием инжекции в базу, где они рекомбинируют с электронами.

Таким образом, разница между полупроводниковыми приборами отображения информации (визуального представления информации) и инфракрасными излучающими диодами заключается только в отличии исходного полупроводникового материала.

Если бы рекомбинация неравновесных электронов и дырок, вводимых в выпрямляющий электрический переход или в приле­гающие к нему области при прохождении прямого тока, происхо­дила только с излучением фотонов, то внутренний квантовый выход (отношение излученных фотонов к числу рекомбинировавших пар носителей) был бы равен 100 %. Однако значительная часть актов рекомбинации может заканчиваться выделением энергии в виде элементарных квантов тепловых колебаний – фоно

нов. Такие переходы электронов между энергетическими уровнями называют безызлучательными.

Соотношение между излучательными и безызлучательными переходами зависит от ряда причин, в частности от структуры энергетических зон полу­проводника, наличия примесей, которые могут увеличивать или уменьшать вероятность излучательных переходов. Из освоенных в настоящее время полупроводниковых материалов наилучшими с точки зрения внутреннего квантового выхода являются соедине­ния GaAs1-xPx при х = 0 – 0,45. Ширина запрещенной зоны этих соединений увеличивается от 1,424 при х = 0 до 1,977 эВ при x = 0,45.

В полупроводниковых излучателях из арсенида галлия, т.е. при х = 0 в указанной системе соединений, внутренний кванто­вый выход достигает значений, близких к 100 %.