Конструкции светодиодов.

Среди светодиодных структур основной является структура с плоской геометрией(см. рис.). Обычно прямозонные светодиоды (красное излучение) формируются на подложках GaAs (а), тогда как непрямозонные (оранжевое, жёлтое и зелёное излучения) - на подложках GaP (б). При использовании подложки GaAs на неё наращивается переходный слой GaAs(1-x)Px переменного состава с х, изменяющимся в пределах 0-0.4, а затем слой GaAs(1-x)Px с постоянным составом.

Переходная область ограничивает образование безизлучательных центров, обусловленных различием решёток. Фотоны, генерируемые в области перехода, испускаются во всех направлениях, однако наблюдателя достигает лишь та их часть, которая проходит через поверхность.

Уменьшение количества излучаемых светодиодом фотонов обусловлено поглощением в материале светодиода, потерями за счёт отражения и потерями за счёт полного внутреннего отражения. Потери, связанные с поглощением, весьма существенны в светодиодах на подложках GaAs (а), т.к. в этом случае подложка поглощает примерно 85% фотонов, излучаемых переходом. В светодиодах на подложках GaP (б) поглощение составляет ~25%, и эффективность излучения может быть существенно увеличена.

При переходе фотонов из среды с показателем преломления n2 (например, из GaAs c n=3.66) в среду с n1 (например, в воздух с n=1) часть света претерпевает отражение от границы раздела в обратном направлении.

Третий фактор обусловлен полным внутренним отражением света, падающего на границу раздела под углом больше критического.

На рисунке показаны поперечные разрезы других светодиодов, которые имеют параболическую, полусферическую и усечённо сферическую геометрию.

Основное отличие этих трёх структур от структуры с плоской геометрией состоит в том, что телесный угол для них равен 1.

Это означает, что для структур на GaP c n=3.45 при данной геометрии можно ожидать увеличения эффективности на порядок. Светодиоды, излучающие в видимой области спектра, могут использоваться в качестве индикаторов и дисплеев, а так же в оптронах. Ниже приведены схемы конструкций различных светодиодных источников.

Источник содержит кристалл со светодиодом и пластмассовую линзу, которая обычно окрашивается с целью усиления контраста и фильтрации излучения. Источники, показанные на рис. (а), (б), выполнены на базе обычных транзисторных и диодных корпусов.

В источнике, изображённом на рис.(в), используется базовый держатель в виде металлических проводников, на которых размещены светодиод и последовательное сопротивление.

Светодиоды могут использоваться в оптронах, в котором содержится светодиод в качестве источника света и фотодиод в качестве детектора (см. рис)

Типичное значение коэффициента преобразования по току I2/I1 составляет ~10 Е-03. Для усиления коэффициента преобразования в оптронах в качестве детекторов используются фототранзисторы, при этом отношение токов может быть повышено до 0.1:10.