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.
С = |
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.