14.2 Випромінюючі діоди

Напівпровідниковий випромінюючий діод (світлодіод) – це напівпровідниковий прилад з одним або кількома електричними переходами, призначений для безпосереднього перетворення електричної енергії в енергію некогерентного світлового випромінювання.

Відповідно до ГОСТ 10862-72 першим елементом позначення світлодіодів є буква або цифра, що вказує на матеріал виготовлення /Ф/1/ - арсенід галію/, другим елементом є буква “Л”. Значення третього елемента позначення світлодіодів такі: 1 – діод інфрачервоного діапазону; 2 – оптичного діапазону; 3 – діод з яскравістю свічення менше 500 Кд/м ; 4 – з яскравістю, більшою за 500 Кд/м . 4-й, 5-й і

6-й елемент позначення – такі самі, як у звичайних діодів.

Основний фізичний процес світлодіодів – це випромінювальна рекомбінація у базі, ймовірність якої зростає при підвищенні концентрації неосновних нерівноважних носіїв, тобто при прямому ввімкненні p-n – переходу. Ця рекомбінація, на відміну від невипромінювальної, супроводжується виділенням енергії у вигляді квантів світла. Для виготовлення світлодіодів застосовують матеріали з малою ймовірністю невипромінювальної рекомбінації (наприклад, сполуки InSb, GaSb, GaAs, GaP, InP, SiC тощо). Свічення збуджується в інфрачервоному і видимому діапазонах за допомогою змінного або постійного струму при напрузі , де (порогова напруга дорівнює контактній різниці потенціалів. Будова світлодіода показана на рисунку 14.1.

Рисунок 14.1 – Будова світлодіода

З метою підвищення ККД (зменшення відбиття) випромінююча поверхня виконується у формі напівсфери. Яскравість свічення майже лінійно залежить від струму через світлодіод (рисунок 14.2).

Рисунок 14.2 – Яскравісна характеристика світлодіода

Колір свічення залежить від матеріалу виготовлення (ширини забороненої зони, природи центрів рекомбінації тощо). Чим більша ширина забороненої зони, тим менша довжина хвилі світлового випромінювання. Так, суміш GaAs і GaP дає червоне свічення, карбід кремнію SiC – червоно-оранжеве або жовте. Суміш GaP та InP – жовте або жовто-зелене свічення.

Використовуються світлодіоди з перестроюваним кольором свічення (рисунок 14.3), які мають два p-n – переходи, утворені різними домішками. Це забезпечує генерування одним переходом зеленого світла, а другим – червоного.

Рисунок 14.3 – Структура світлодіода з перестроюваним кольором свічення

Регулюванням струмів через переходи можна змінювати колір свічення. Світлодіоди широко використовуються для світлової інжекції в різноманітних електронних пристроях. Переваги інжекції на світлодіодах – яскраве й чисте свічення, зручність керування, економність, довговічність тощо.

Крім окремих світлодіодів, у напівпровідникових індикаторах застосовують дві основні конфігурації висвічуваних елементів:

семисегментна та матрична (рисунок 14.4).

а) б)

Рисунок 14.4 – Варіанти висвічуваних за допомогою світлодіодів елементів: а – семисегментна конфігурація: б – матрична конфігурація

Сегментна конфігурація складається з 7 прямокутних напівпровідникових пластин, елементарні ділянки яких являють собою світлодіоди. Така конфігурація дозволяє відтворювати всі десять цифр і кілька букв. Матрична конфігурація складається з комірок, кожна з яких має 36 (7х5 1) точок і дозволяє відтворювати всі цифри, букви, знаки стандартного коду для обміну інформацією.