在《漲知識(shí)啦14》中我們提到了影響發(fā)光二極管電壓的不同因素，如接觸電阻、突變異質(zhì)結(jié)引起的電阻以及低載流子濃度和低載流子遷移率等。

除此之外，發(fā)光二極管結(jié)溫是一個(gè)十分重要的參數(shù)，主要是因?yàn)槠骷?nèi)量子效率受結(jié)溫影響較大，另外高溫會(huì)引起器件工作壽命的縮短以及封裝的加速老化。因此了解結(jié)溫對(duì)器件性能的影響就成了制造發(fā)光二極管中十分重要的課題之一，本期我們就簡(jiǎn)單介紹一下結(jié)溫對(duì)二極管電壓的影響。

理想pn結(jié)二極管的IV特性可以由Shockley方程給出，

其中Js是飽和電流密度。對(duì)于非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體在正向偏置下，Vf>>kT/e，則有

眾所周知，飽和電流密度取決于電子和空穴的擴(kuò)散常數(shù)，電子和空穴的壽命，導(dǎo)帶和價(jià)帶邊緣處的有效狀態(tài)密度以及禁帶寬度，然而結(jié)溫將對(duì)以上參數(shù)造成一定影響：有效狀態(tài)密度Nc,v∝T3/2；考慮聲子散射，載流子遷移率μ∝T-3/2；根據(jù)愛(ài)因斯坦關(guān)系，載流子擴(kuò)散常數(shù)D∝T-1/2。少數(shù)載流子壽命可以隨溫度降低或增加。由于這種不確定性，假定少數(shù)載流子壽命與溫度無(wú)關(guān)。在上式中引用以上溫度關(guān)系，可以得到：

該方程式給出了正向電壓與結(jié)溫基本關(guān)系。等式右側(cè)的第一，第二和第三項(xiàng)和分別描述了固有載流子濃度，禁帶寬度和有效狀態(tài)密度與溫度之間的關(guān)系。發(fā)光二極管的正向工作電壓一般約為其內(nèi)建電壓，即Vf≈Vbi。因此在非簡(jiǎn)并摻雜情況下，

禁帶寬度與溫度之間的關(guān)系可用下式表示，其中α和β為Varshni系數(shù)，隨著溫度的升高，材料的禁帶寬度將降低。

引入上兩式，結(jié)溫與正向工作電壓的關(guān)系可用下式表示：

因此我們知道結(jié)溫的變化對(duì)于材料內(nèi)部的載流子濃度，載流子遷移率，材料的禁帶寬度都有著不容忽視的影響，進(jìn)而使器件的工作電壓發(fā)生變化。以紅光GaPAs/GaAs LED為例，如下圖所示，當(dāng)溫度從77K升高至298K時(shí)，器件的閾值電壓和串聯(lián)電阻將會(huì)降低，因此在同一工作電壓下，工作電流將會(huì)升高。

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