69.Светодиоды.

Принцип работы светодиодов заключается в следующем. При прямом напряжении в полупроводниковом диоде происходит инжекция носителей заряда из эмиттерной области в область базы. Например, если концентрация электронов в л-области больше, чем концентрация дырок в р-области, т. е. n_n >> p_p то происходит инжекция электронов из л-области в р-область. Инжектированные электроны рекомбинируют с основными носителями базовой области, в данном случае с дырками р-области. Рекомбинирующие электроны переходят с более высоких энергетических уровней зоны проводимости, близких к ее нижней границе, на более низкие уровни, расположенные вблизи верхней границы валентной зоны (рис. 13.15). При этом выделяется фотон, энергия которого почти равна ширине запрещенной зоны ΔW, т. е.

Подставляя в эту формулу постоянные величины, можно определить ширину запрещенной зоны ΔW (в электронвольтах), необходимую для излучения с той или иной длиной волны λ. (в микрометрах):Из этого соотношения следует, что для излучения видимого света с длиной волны от 0,38 до 0,78 мкм полупроводник должен иметь ΔW> 1,7 эВ. Германий и кремний непригодны для светодиодов, так как у них ширина запрещенной зоны слишком мала. Для современных светодиодов применяют главным образом фосфид галлия GaP и карбид кремния SiC, а также некоторыетройные соединения, называемые твердыми растворами, состоящие из галлия,алюминия и мышьяка (GaAlAs) или галлия, мышьяка и фосфора (GaAsP) и др.Внесение в полупроводник некоторых примесей позволяет получать свечение различного цвета. Помимо светодиодов, дающих видимое свечение, выпускаются светодиоды инфракрасного (ИК) излучения, изготовляемые преимущественно из арсенидагаллия GaAs. Они применяются в фотореле, различных датчиках и входят в состав некоторых оптронов. Существуют светодиоды переменного цвета свечения с двумя светоизлучающими переходами, один из которыхимеет максимум спектральной характеристики в красной части спектра, а другой — в зеленой. Цвет свечения такогj диода зависит от соотношения токов через переходы. Наилучшими качествами обладают светодиоды с гетеропереходом.Основные параметры светодиодов следующие: 1.Сила света, измеряемая в канделах и указываемая для определенного значения прямого тока. У светодиодов сила света обычно составляет десятые доли или единицы милликандел. Напомним, что кандела есть единица силы света, испускаемого специальным стандартным источником.2.Яркость, равная отношению силы света к площади светящейся поверхности. Она составляет десятки — сотни кандел на квадратный сантиметр.3.Постоянное прямое напряжение (2-3 В).4. Цвет свечения и длина волны, соответствующие максимальному световому потоку.5.Максимальный допустимый постоянный прямой ток. Обычно он составляет десятки миллиампер.6. Максимальноедопустимое постоянное обратное напряжение (единицы вольт).7.Диапазон температур окружающейсреды,' при которых светодиод можетнормально работать, например от —60 до +70 °С. Для светодиодов обычно рассматриваются следующие характеристики. Яркостная характеристика дает зависимость яркости от прямого тока, а световая характеристика — зависимость силы света от прямого тока. Спектральная характеристика показывает зависимость излучения от длины волны. Вольт-амперная характеристика светодиода такая же, как у обычного выпрямительного диода. Важной характеристикой является диаграмма направленности излучения, которая определяется конструкцией диода, в частности наличием линзы, и другими факторами. Излучение может быть направленным или рассеянным (диффузным).Некоторые параметры светодиодов

зависят от температуры. Так, например,яркость и сила света с повышением температуры уменьшаются. Бысгродействие у светодиодов высокое. Свечение возрастает до максимума в течение примерно 10"8 с после подачи на диод

импульса прямого тока. Светодиоды конструируют так, что бы наружу выходил возможно больший световой поток. Однако значительная часть потока излучения все же теряется за счет поглощения в самом полупроводнике и полного внутреннего отражения на границе кристалл - воздух. Конструктивно светодиоды выполняются в металлических корпусах с линзой, обеспечивающей направленное излучение, или в прозрачном пластмассовом корпусе, создающем рассеянное излучение. Изготовляются также бескорпусные диоды. Масса диода составляет доли грамма