5. Физические основы и принцип действия светоизлучающих диодов. Основные параметры и характеристики.

П ринцип работы светодиода основан на излучательной рекомбинации носителей заряда в активной области гетерогенной структуры при пропускании через нее тока, рис. 10.2а. Носители заряда - электроны и дырки - проникают в активный слой (гетеропереход) из прилегающих пассивных слоев (р- и п-слоя) вследствие подачи напряжения на р-п структуру и затем испытывают спонтанную рекомбинацию, сопровождающуюся излучением света.

Длина волны излучения , (мкм) связана с шириной запрещенной зоны активного слоя Е_q (эВ) законом сохранения энергии А= 1,24/ Е_q

Показатель преломления активного слоя выше показателя преломления ограничивающих пассивных слоев, благодаря чему рекомбинационное излучение может распространяться в пределах активного слоя, испытывая многократное отражение, что значительно повышает КПД источника излучения.

Гетерогенные структуры могут создаваться на основе разных полупроводниковых материалов. Обычно в качестве подложки используются GaAs и InP. Соответствующий композиционный состав активного материала выбирается в зависимости от длины волны излучения и создается посредством напыления на подложку.

Длину волны излучения ₀ определяют как значение, соответствующее максимуму спектрального распределения мощности, а ширину спектра излучения _0,5 - как интервал длин волн, в котором спектральная плотность мощности составляет половину максимальной.

Торцевые СИД называются слабокогерентными источниками света или суперлюминесцентными диодами (СЛД)

Основные характеристики светодиодов

- Ваттамперная характеристика светодиодов показывает зависимость излучаемой мощности от тока, протекающего через прибор.

Характеристики имеют линейный и нелинейные участки. Нелинейность обусловлена предельными возможностями по спонтанной рекомбинации электронов и дырок и их ограниченным числом, зависящим от насыщенности примесными компонентами и общего объема активного слоя.

Ваттамперная характеристика зависит от температуры кристалла. С ее повышением мощность излучения может значительно снижаться.

- Спектральная характеристика светодиодов показывает зависимость излучаемой мощности от длины волны излучения.

По спектральной характеристике можно определить ширину спектра излучения на уровне половинной от максимальной мощности излучения. Ширина спектра СЛД Dl1 (около 10…30 нм), для поверхностного СИД Dl2 (около 30…60 нм).

Более узкий спектр излучения СЛД объясняется волноводным эффектом и некоторой согласованностью (когерентностью) излучательных рекомбинаций. При этом характер излучения остается спонтанным и ширина спектра определяется разбросом энергетических состояний рекомбинирующих электронов и дырок.

- Диаграмма направленности излучения светодиода показывает распределение энергии излучения в пространстве

Основными параметрами светоизлучающих диодов являются длина волны, полуширина спектра излучения, мощность излучения, рабочая частота и диаграмма направленности излучения. Ширина спектральной полосы излучения светодиода может быть найдена из уравнения Δλ = ЗкТλ²/hс.

Ватт амперная характеристика

Спектральная характиристика