Влияние шума на порог генерации.

Формула (20.4) в общем виде учитывает зависимость порога генерации от скорости рекомбинации, индуцированной радиационными шумами. Однако при расчете порогового тока для различных механизмов оптических переходов в полупроводниках до сих пор радиационный шум не учитывался. Возвращаясь теперь к формуле (20.4) и учитывая (23.10), для плотности порогового тока будем иметь [685]

Здесь плотность порогового тока при отсутствии шумов, подробно исследованная в § 20.

Второе слагаемое в (23.12) в зависимости от знака коэффициента усиления распадается на две части: положительную и отрицательную. Первая часть дает увеличение порога генерации из-за роста скорости рекомбинации, вызванной усиленной люминесценцией. Отрицательный член характеризует роль той части люминесценции, которая поглощается в активной области и увеличивает инверсную населенность.

Рис. 123. Зависимость плотности порогового тока от коэффициента потерь радиационного шума

Эта часть люминесценции служит дополнительной оптической накачкой кристалла. С увеличением квантового выхода люминесценции ее роль как радиационного шума возрастает.

Если в пределах спектра люминесценции коэффициент потерь шума и слабо зависит от то выражение (23.12) упрощается:

где — эффективный коэффициент усиления, полученный путем усреднения по спектру люминесценции.

Формула (23.13) позволяет оценить относительный вклад усиления и поглощения люминесценции в пороговый ток. При преобладает усиленная люминесценция. Если то более существенна оптическая накачка излучением шума.

Как видно из (23.12), если то порог генерации стремится к бесконечности. Схематически зависимость от представлена на рис. 123.

Кривая 1 соответствует малым положительным значениям когда для больших оптическая накачка преобладает над дополнительной рекомбинацией, вызванной усиленной люминесценцией.

Если велико и решающую роль играет усиленная люминесценция, то значение всегда больше и монотонно растет с уменьшением (кривая 2).

В случае, когда максимальный коэффициент усиления линейно связан с током, плотность порогового тока можно представить в виде суммы и некоторой добавки, зависящей от радиационного шума. Обозначая через максимальное значение коэффициента усиления при отсутствии шума и резонатора, получим

Здесь функция плотности тока и радиации шума, которую во многих случаях можно аппроксимировать произведением параметра нелинейности а на [446].

При пороговом токе поэтому из (23.14) следует

Варьируя, плотность радиации шума в диоде, например, путем изменения его длины и ширины, можно экспериментально исследовать и оценить нелинейные свойства системы.