Файл: Верещагин, И. К. Электролюминесценция кристаллов.pdf

больших интенсивностях освещения [210]. Эти явления связаны с процессом преимущественной передачи дырок от центров синего к центрам зеленого свечения [99, 163]. Число дырок, освобожденных из центров синего свечения и захваченных затем более глубокими уровнями центров

Рис. 33.8. Спектры свечения люминофора ЭЛ-460 при электро- и фотовозбужде­ нии. 1— i — электролюминесценция при частотах: 1 — 200 ец, 2—500 гц, 3—1,5 кгц, i —10 кгц; 5 — фотолюминесценция; в — добавочное свечение при одновременном действии света и поля (200 гц) 1194].

зеленого свечения, зависит от среднего времени, в тече­ ние которого «синие» центры находятся в ионизованном состоянии. При ЭЛ увеличение частоты уменьшает время At, прошедшее от конца ионизации до начала рекомбина­ ции, что способствует сохранению большего числа дырок на уровнях центров синего свечения к началу рекомбина­ ции. При ФЛ At зависит от концентрации свободных электронов и дырок на уровнях синих центров (т. е. от интенсивности возбуждающего света Ф) и сокращается вместе с увеличением Ф. Уменьшение At приводит к увеличению доли синего свечения при высоких Ф. По­ вышение температуры, наоборот, убыстряет освобожде­ ние дырок из центров синего свечения и вызывает увели­ чение доли зеленого излучения в спектре ФЛ.

В образцах сульфида цинка с большой концентрацией центров безызлучательной рекомбинации интенсивность зеленого свечения при ЭЛ может слабее изменяться с увеличением частоты, так как дырки, освобожденные из центров синего свечения, будут переходить не столько к центрам зеленого излучения, сколько к центрам тушения.

256

Относительное тушение яркости ФЛ, вызываемое элек­ трическим полем, в различных спектральных полосах также различно. Несмотря на большую глубину центров зеленого излучения, при комнатной температуре преоб­ ладает тушение в зеленой полосе, так как при этой тем­ пературе дырки из синих центров интенсивно освобож­ даются термическим путем. При понижении температуры полевое освобождение дырок начи­

зависят от температуры и частоты. В образцах ZnS— Мп поле приводит к ударному возбуждению электронами ионов Мп2+, замещающих в решетке атомы цинка [16, 51]. При достаточно больших напряженностях поля $ ]> 1 ,4 х X 10е в/см на возбужденных уровнях марганца можно, как показали Власенко и Пухлий [212], создать инвер­ сную населенность и наблюдать стимулированное излу­ чение. Полоса свечения при этом сильно сужается, а интенсивность излучения — увеличивается (рис. 33.9).

Спектр ЭЛ, появляющейся одновременно с действием сильного поля в кристаллах, может содержать заметную долю ультрафиолетового излучения с энергией кван­ тов, соответствующей ширипе запрещенной зоны ZnS. Это

257

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выше относительно подробно были рассмотрены свой­ ства свечения трех веществ с широкой запрещенной зо­ ной, но общие закономерности электролюминесценции этих веществ могут быть отнесены и к другим материалам, находящимся в тех же условиях возбуждения, так как набор основных явлений, определяющих свойства све­ чения (кроме спектров), останется прежним. Можно тем не менее представить себе еще ряд явлений, которые не обсуждались, но которые способны в большей или мень­ шей степени влиять на характеристики электролюминес­ ценции. В качестве примера можно упомянуть о реаб­ сорбции излучения, которая может привести к появлению оптической связи между частями кристалла, в которых происходит рекомбинация и ионизация. В определенных условиях поглощение света люминесценции может за­ метно увеличить проводимость образца, а следовательно, и изменить скорость ионизации и яркость свечения. Кро­ ме того, возможно изменение распределения напряжения по кристаллу, которое в свою очередь скажется на вели­ чине электролюминесценции.

Механизм возбуждения свечения сильным полем для большинства люминофоров, светящихся в видимой и ближней инфракрасной области спектра, оказывается ударным. Это связано с тем, что концентрация примесей, определяющих ширину барьеров, не превышает обычно 1018 см~3, чему соответствует ширина барьеров порядка 10“5 см и поле 10Б—-10е в/см при напряжении на кристал­ ле в несколько вольт. Подобные поля ниже необходимых для заметной туннельной ионизации центров свечения или решетки, а источник ускоряемых электронов того или иного происхождения всегда присутствует. Свойства электролюминесценции различных веществ, возбуждае­ мых по ударному механизму, удается понять, если учи­

259

тывать свойства источника электронов, областей сильного поля, распределение напряжения по кристаллу и особен­ ности условий рекомбинации. Характеристики электро­ люминесценции, возбуждаемой переменным напряжением, особенно заметно отражают процессы рекомбинацион­ ного взаимодействия центров свечения и тушения. В част­ ности, фазовый угол основного светового пика является величиной, очень чувствительной к процессам тушения. Повышенная, по сравнению с фотолюминофорами, кон­ центрация центров тушения (образующихся при создании барьеров в кристаллах), появление свободных дырок при ионизации решетки, а также более интенсивные процессы освобождения дырок из центров свечения приводят к уменьшению квантового выхода рекомбинации при ком­ натной температуре и низкой частоте.

Хотя принципиально энергетический выход инжекционной электролюминесценции может достигать едини­ цы, присутствие большого числа безызлучательных ре­ комбинаций в самих кристаллах и других составных час­ тях реальных светодиодов, в которых может поглощаться свет люминесценции, приводит к тому, что при комнатной температуре эффективность инжекционных источников света пока не превышает заметно эффективность электро­ люминесценции изолированных кристаллов, возбуждае­ мых сильным полем. Небольшая эффективность по сравнению с обычными люминесцентными лампами (исполь­ зующими электролюминесценцию газов и фотолюминес­ ценцию твердых тел) делает сейчас целесообразным при­ менение электролюминесценции кристаллов только в ка­ честве специальных источников света и элементов более сложных приборов.

Из примерно 50 веществ, на которых наблюдалась электролюминесценция, наиболее используемыми сей­ час соединениями являются GaP, GaAs, SiC (инжекционная или полевая электролюминесценция р — п-переходов в монокристаллах) и ZnS (свечение возбуждается силь­ ным полем в тонких слоях порошка). Промышленные све­ тодиоды из фосфида галлия имеют размер в несколько миллиметров, излучают в зеленой и красной областях спектра (565 и 690 нм) и обладают яркостью примерно 100 нит при токе 10 ма и напряжении 2 в (энергетический выход составляет около 1% при комнатной температуре). Опытные образцы имеют втрое большие значения яркости и выхода. В ряде случаев важным является малое время

260

разгорания свечения после включения диодов в прямом направлении (десятки нсек) и еще меньшее (единицы нсек)— при наблюдении свечения, исходящего из перехо­ дов, включенных в обратном направлении, и обусловлен­ ного лавинными процессами. Столь малая инерционность свечения позволяет использовать его для определения времени реакции различных фотоэлектронных устройств и передачи информации с помощью модулированного све­ тового пучка. Из отдельных светодиодов можно также сос­ тавить цифры и другие знаки, отображающие ту или иную информацию, передаваемую электрическим путем.

Плоские светящиеся конденсаторы на основе сульфида цинка могут обладать различными размерами и яркостью около 25 нит при напряжении 150 в и частоте 1 кгц. Тол­ щина слоя твердого прозрачного диэлектрика, в котором находится порошок люминофора, составляет 30—60 мкм, а прозрачным электродом служит проводящая пленка двуокиси олова на стекле или самом люминесцирующем слое. Один из электродов может быть выполнен в виде цифр, букв или различных геометрических фигур с от­ дельными выводами, что позволяет зажигать эти знаки по отдельности или в различных комбинациях. Знако­ вые индикаторы большой площади (сотни см2) способны отображать большой объем информации, особенно при использовании разноцветных люминофоров. Если каж­ дый электрод состоит из серии параллельных полосок и эти серии расположены под прямым углом, то появляется возможность зажигать отдельные участки экрана, нахо­ дящиеся на пересечении двух включенных полосок. По­ добные экраны могут создавать движущееся изображение, если осуществляется развертка, и интенсивность свечения регулируется амплитудой или частотой подаваемого нап­ ряжения. Таким путем получены образцы плоских теле­ визионных экранов, хотя их изготовление сопряжено со значительными трудностями, которые связаны как с необходимостью создания компактной системы развертки, так и получения достаточной яркости и контрастности изображения.

Сочетание электролюминесцентных источников света с фотопроводниками позволяет построить целый ряд дру­ гих приборов. Оба элемента могут быть связаны оптиче­ ским, электрическим или тем и другим способом одновре­ менно. В наиболее простом случае источник света и фото­ проводник включены в разные цепи и свет вызывает

261