5. Характеристики свд

Фотометричні й електротехнічні параметри й характеристики СВД:

• сила світла І (або світловий потік Ф, яскравість В);

• потужність випромінювання Р для інфрачервоних СВД (при заданому прямому струмі);

• колір світіння й довжина хвилі випромінювання λ_max;

• напівширина спектра Δλ;

• часи перемикання ­t_вмик, t_вимк або пов’язана з ними гранична частота /_гр;

• робочий струм і і напруга U;

• граничний струм і ;

• яскравісна характеристика В = B(і);

• вольтамперна характеристика і = i(U);

• діаграма спрямованості Р_випр(Θ).

Для реальних приладів характерний такий порядок величин: І = 0,001...100 кд (Ф = 10^-4... 10 лм), В = 10...10⁶ кд/м², Р_випр= 10 ... 10 мВт, робочий струм 10... 500 мА, напруга 2...5 В.

Основною характеристикою інжекційного світлодіода є яскра­вісна. Зазвичай вона має нелінійну початкову і майже лінійну ос­новну ділянку, довжина якої визначається зміною яскравості на виході діода в межах одного-двох порядків. Лінійна ділянка вико­ристовується як робоча. Яскравісна характеристика має вигляд:

B = B₀(i_g - i*), (1.16)

де В₀, i* — сталі.

Параметр i* відповідає граничному значенню струму через діод, при якому вже можлива лінеаризація залежності у B(i_g ). Для кім­натних температур значення i* перебуває в межах від 0, 1 ... 0,5 до 1 ... 2, 5 мА й залежить від тину діода, параметрів напівпровідника, температури.

Діапазон значень В₀ має порівняно великий розкид від діода до діода того самого типу й становить 2 ... 20 кд/(м² мА).

Для світлодіодів на основі GaAs, GaAlAs, GaAs напівширина спектра випромінювання Δλ= 40 ... 100 нм, причому зі збільшенням температури значення Δλ росте за лінійним законом зі швидкістю

Потужність випромінювання падає зі збільшенням температу­ри. Характерно, що при зростанні температури від -60 до +70 °С потужність випромінювання зменшується в 2—3 рази.

Залежність Р_вицр від щільності прямого струму J_np лінійна, аж до J_nр = 10²... 10³ А/см. Виключення становлять GaP — світло-діоди, у яких ця лінійність зберігається до 10 А/см.

З часом характеристики світлодіодів змінюються (знижується потужність випромінювання, зростає пороговий струм). Інтенсив­на експлуатація зменшує робочий термін до 10³... 10⁴ год, проте, якщо додержуватись певних вимог до джерел живлення та керу­вання, термін життя цих приладів може бути досить високий (по- над 10⁵ год). Це явище — деградація (поступове зменшення потужності випромінювання при тривалому пропусканні через прилад прямого струму) — властиве всім напівпровідниковим при­ладам, але для випромінювальних структур має особливе значен­ня. Причинами деградації, крім поверхневих ефектів, є:

• збільшення концентрації центрів безвипромінювальної ре­комбінації, викликане міграцією в електричному полі доміш- кових атомів Сu, Аu, Ni;

• дезактивізація частини випромінювальних центрів (2n) за ра­хунок їхнього переходу з вузлів ґратки в міжвузловину.

4. Лазери

1. Особливості роботи напівпровідникових лазерів

Завдяки високій монохроматичності випромінювання лазери є основою когерентної оптоелектроніки.

Напівпровідникові лазери (НЛ) характеризуються тим, що в них дискретні енергетичні рівні через високу щільність активних часток перетворюються в широкі зони. Тому ККД напівпровід­никових лазерів теоретично близький до 100 %. Однак з цієї самої причини напівпровідникові лазери за ступенем монохроматич­ності випромінювання поступаються газовим, рідинним і твердо- тільним.

Інверсія населеностей у напівпровіднику полягає в тому, що на дні зони провідності й стелі валентної зони утвориться велике число відповідно вільних електронів і дірок. Накачування здійс­нюється струмом великої щільності (10⁴...10⁶ А/см²) через р-п-перехід. Вимушене випромінювання відбувається при переході електронів із зони провідності на вільні рівні валентної зони. При цьому відбувається рекомбінація дірок і електронів і зовнішнє випромінювання з довжиною хвилі, що відповідає різниці енергій переходу.

У силу технологічних особливостей, компактності, високій ефективності й сумісності з мікроелектронними компонентами напівпровідникові лазери є практично єдиним типом лазерів (за деякими винятками), що застосовується в оптоелектроніці.

Інжекційні лазери на гомо- і гетеропереходах за конструкцією нагадують світлодіоди. Інверсія иаселеноетей енергетичних рівнів може бути досягнута шляхом інжекції носіїв заряду через р-п-пе­рехід. Для випромінювання, що генерується прямозошшм напів­провідником, повинна виконуватися умова hλ - W_g тому необхід­но, щоб електрони, що інжектуються, одержували достатні порції енергії, тобто напруга, прикладена до робочого переходу, повинна перевищувати добуток енергії фотона (чи ширини забороненої зони) на заряд електрона [1]:

(1.17)

де — прикладена до р-п-переходу пряма напруга. Умова (1.17) потребує використання настільки сильно легованих напівпровід­ників (так званих «вироджених»), що в них рівень Фермі розташо­вується в зоні провідності й у валентній зоні для п- і p-областей кристала відповідно (рис. 1.7, а).

Для виготовлення оптичного резонатора в напівпровідникових лазерах традиційні методи не підходять. Оптичні дзеркала несумісні з напівпровідниковим кристалом ані за розміром, ані за складом. Тому застосовують дзеркальні відколи граней кристала, які перпендикулярні площині р-п-переходу. При пропущеній че­рез р-п-перехід досить великого прямого струму може виникнути когерентне випромінювання.