Đặc tuyến của công suất quang theo dòng điện điều khiển của LED lă xấp xỉ tuyến tính. Nếu đặt một tín hiệu xoay chiều lín một thiín âp một chiều, ta có thể viết công suất quang đầu ra như sau :
p(0)
p(ω) = --- (1 + (wτ)2 ) ½1/2
trong đó : p(0) lă công suất ra chưa điều chế ;
τ lă hằng số thời gian của LED vă mạch điều khiển.
Khi xĩt đến giải thông của sợi quang,ta thấy sự suy giảm 3dB trong côngsuất quang tương ứng sự suy giảm 6dB trong công suất điện, vì vậy dải tần điện 3dB của LED lă 1/2πτ Hz.
Nếu mạch điều khiển được thiết kế tốt thì hằng số thời gian của LED sẽ trội hơn : Đó lă thời gian tâi hợp của câc hạt đa số trong vùng hoạt tính τn . Khi tâi hợp có bức xạ vă tâi hợp không bức xạ cùng xảy ra thì tn cho bởi công thức :
1 1 1---- = --- + --- ---- = --- + --- τn τr τnr
trong đó : tr vă tnr lă thời gian tâi hợp bức xạ vă không bức xạ. Những hằng số thời gian năy cho ta biết được hiệu suất chuyển đổi của diode. Hiệu suất lượng tử nội cho bởi :
τnr
ηint = --- τnr + τr
Để tạo ra thiết bị có tốc độ nhanh thì cả τn vă τnr đều phải được giữ ở giâ trị thấp, đồng thời phải thỏa mên điều kiện τnr > > τn nhằm đạt được hiệu suất cao.
Bđy giờ ta hêy quay lại với phương trình tốc độ đối với điện tử đê cho ở phần trước :
d 1 dJ δn ---δn = ---x --- - --- dt q dx τr
Nếu giả thiết rằng bân dẫn được phatạp không nhiều vă quan tđm đến điều kiện trạng thâi ổn định, khi đặt một dòng điện j để phun nồng độ điện tử δn, ta nhận được : 1 J δn 0 = ----x ---- - --- q d τr vă do đó : qδnd J ≈ --- τr
trong đó d lă khoảng câch giữa hai tiếp giâp dị thể, ở đđy ta tạm thời bỏ qua tâi hợp không bức xạ. Dưới mức phun lớn, thời gian tâi hợp bức xạ được tính theo công thức : 1 τr = --- aδn qd Vì thế J được tính : J = --- atr d1/2
Vì vậy : τr ≈ --- J1/2
Từ công thức trín ta thấy để giảm thời gian tâi hợp bức xạ vă nđng cao hiệu suất chuyển đổi của diode, thì LED cần lăm việc ở chế độ mật độ dòng điện lớn .
Bđy giờ chúng ta hêy xĩt tới cả ảnh hưởng của thời gian tâi hợp không bức xạ. Khi chế , sẽ có một sự sai lệch nhỏ trong mạng tinh thể của tiếp giâp. Điều năy tạo ra những câi bẩy tại mặt phđn giới giữa hai chất, vă được đặc trưng bởi tốc độ tâi hợp mặt, vă ký hiệu lă S, khi đó:
d τnr ≈ ---
S
Vì τr vă τnr phụ thuộc văo d, nín d căng nhỏ thì hằng số thời gian căng nhỏ, khi rút ngắn d sẽ lăm τnr giảm nhanh hơn τn vă do đó sự gia tăng tốc độ điều chế sẽ lăm giảm hiệu suất . Tuy nhiín, do τr tỉ lệ nghịch với J mă ta có thể rút ngắn τr
bằng câch tăng mật độ dòng điện, nhưng khi tăng J thì nhiệt độ của LED khi lăm việc sẽ cao lăm ảnh hưởng tới tuổi thọ vă độ tin cậy của nó .
Như đê biết τr tỉ lệ nghịch với lượng pha tạp, vì thế có thể giảm τr bằng câch tăng nồng độ pha tạp. Nhưng điều năy cũng lăm tăng số lượng tđm tâi hợp không bức xạ vă lăm giảm τnr . Như vậy, phải có một sự thỏa hiệp giữa dêi tần điều chế vă hiệu suất của LED. Hầu hết câc LED đều lăm việc với mức pha tạp cao vă hiệu suất nội lượng tử chỉ đạt khoảng 50%. Mặc dù vậy, hiệu suất ngoăi ( tính bằng công suất ghĩp văo sợi quang ) thông thường nhỏ hơn 10% , nín nói chung LED lă câc nguồn quang có công suất nhỏ vă hiệu suất thấp .