Гусев - Электроника (944138), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Невысокая яркость свечения, малый ресурс, нестабильность параметров и довольно низкое быстродействие ограничивают применение электролюминесцентных конденсаторов в оптоэлектронике. Инжекцпонные светодиоды также относятся к электролюминесцентным источникам света. Светодиод представляет собой излучающий р-п-переход, свечение в котором возникает вследствие рекомбинаций носителей заряда (электронов и дырок). Оно наблюдается при смещении перехода в прямом направлении.
Как известно, прохождение тока через р-л-переход в прямом направлении сопровождается рекомбинацией инжектированных неосновных носителей заряда. Состояние полупроводника, которое возникает при инжекции неосновных носителей заряда через р-л-переход и характеризуется наличием в зоне проводимости значительного количества электронов, а в валентной зоне большого количества дырок, не является достаточно устойчивым, и поэтому наблюдается непрерывный переход электронов из зоны проводимости в валентную зону. Рекомбинации происходят в примыкающих к переходу слоях, ширина которых определяется диффузионными длинами 2.„ 158 и Е„. Этот процесс в большинстве полупроволников осуществляется через примесные центры (ловушки), расположенные вблизи середины запрещенной зоны, и является безызлучательцым.
В процессе каждой рекомбинации выделяется энергия, опрелеляемая разницей энергий между уровнями рекомбинируюших частиц и выделяемая в виде тепловой энергии (фонона). Э.га энергия 77ередаегся атомам решетки при безызлучательной рекомбинации.
Однако в ряде случаев процесс рекомбинации сопровожлается выделением кванта света -- фотона. Это обусловлено тем, что в определенных материалах (ОаАз, СкаЯЬ, 1пАз, 1пЯЬ и т. д.) переход из зоны провопимости в валентную зону относится к числу переходов типа зона зона.
При этом примесные центры не и7 рают существенной роли и при рекомбинациях происходит выделение фо7онов и возникает некогерентное свечение лю ми не сиен ц и и. Фотон, испущенный при переходе электрона, может вызвать индуцированное излучение идентичного фотона, заставив еше один электрон иерей'7 и в валептную зону (рис. 3.6, а). При этом следует отметить, что фотоны с энергией, большей Л+2ВЕ, в основном погеющаются„переведя электроны из валентцой зоны в зону проводимости. Фотоны с энергией от ЛЕ до ЛЕ+ 25Е поглотиться не могут, так как нижнее состояние (валентная зона) свободно и в нем нет 7.7ек7ронов, а верхнее уже заполнено.
Следовательно, р-л-перехол более прозрачен для фотонов, энергия которых лежит в этом интервале. Излучение возможно только в узком диапазоне часгот, соответствующем энергии запрещенной зоны ЛЕ с шириной спектра, обусловленной оЕ. В современных 7 77ОООЛ О ГЯООЯОЯ ЕХ 7777ОНЛ7' 77ОГКОГ'О ' 7ОО «ОГГО ОО 7П. 7 ОО не Окхса Ол.О7 Рис 3 6 эыер~ е7ическая Ои 77 рал7иа. 77ояс77явллпл7я чехаиизи пеяс7ния ипжекниопно7 77 свс7 о.7нопа (О К с7 о яркост7мн харакхернстика ~ГП7 и тквиввнен7ная схслха светодиодах широко используются полупроводники, в которых в создании излучения существенную роль играют примесные центры (ОаР, ОаАз,,Р„и т.
д.). По существу, это ловушки, энергетические уровни которых лежа~ в запрещенной зоне. Возможны следующие механизмы излучательной рекомбинации: носитель заряда захватывается своим примссным центром (электрон акцепторным. дырка —.донорным). а затем он рекомбинирует со свободным носителем заряда противоположного знака; электрон и дырка захватываются примесным центром. зак что зона вблизи его оказывается в возбужденном состоянии !образуется связанный экситон), после чего осуществляется рекомбинации и пр.
Цве~ свечения зависит от материала примесей. Так, например, примесные центры из ХпО обеспечивают получение красного свечения„из азота Х вЂ”.зеленое, из УпО и )х) желтое и оранжевое и т. д. Яркость свечения светодиода примерно пропорциональна числу зарядов, инжектированных р-л-переходом. При этом для получения приемлемых значений необходимо обеспечить значительную плотность тока, протекающего через переход 1не менее 30 А,'см'), При обычно используемых размерах зто приводит к необходимости пропускать через переход ток порядка 5 — !00 мА, что требует значительных затрат электрической мощности на питание инжекционного диода.
При малых токах инжекции (1 2 мА) пропорциональность между током и светом нарушается, так как начинают сказываться конкурирующие безызлучат.сльные рекомбинационные процессы. Так как полупроводник покидает часть фотонов, остальные же сначала отражаются оз поверхности, а затем поглощаются в обьеме полупроводника, то вводят понятие квагповой эффективности излучения. Внешней квантовой эффект.ивностью излучения или квант овым выходом называется отношение числа излученпых во внешнее пространство фотонов к числу неосновных зарядов, инжектированных через р-л-переход. Обычно значение квантового выхода составляе.г 0,1- 30'~о. Основная характеристика инжекционного светодиода - -. люкс-ам перна я (рис. 3.6, б).
Она имеет нелинейный начальный участок, характеризуемый низкими выходными яркостями. и практически линейный участок, в пределах которого яркость изменяется в !О 100 раз. Этот участок чаще всего и используется в качестве рабочего. В общем случае характеристику аппроксимируют степенной функцией В=И, где В . яркость свечения; Ь-- коэффициент пропорциональносзи; У, -ток светодиода: у=0,5 —:0,9 для светодиодов из СтаР: у —. ! — 3 для светодиодов из С)аАв.
11ри рабо!е на линейном участке характеристика обычно аппроксимируегся выражением в=в„(),— )„„„). гДе Во - чУвстви гельность по ЯРкости (измене!4ие ЯРкости свечениЯ пРи изменении гока пеРехола на единицУ)„' с„о . пороговый ток через диод, при котором возможна линсаризация характеристики В=11У). Значения !вв, у диодов разного типа находятся в интервале О,1 — 2,5 мЛ. 1ок светодиода, смещенного в прямом направлении.
в первом приближении определяется выражением, аналогичныл4 выражению для обычного диода: 1,=1т(св !""' — 1). Здесь т коэффициент, изменяющийся в прелелах 0,5. —. 2 (типовое 1,5). В большинстве случаев при использовании светодиодов в лиапазоне комнатных гемпера!ур зависимостью тока 1„от температуры окружающей среды пренебрегают.
Величина Во имеет разные значения от экземпляра к экземпляру. Эквивалентная схема светодиода приведена на рис. 3.6, в. Сопротивление Я характеризует омическое сопротивление полупроводника и контактов, Вв!1,) —.сопротивление р-и-перехода, смещенного в прямом направлении. а Св(1',) —. его емкость. Дифференциальное сопротивление р-п-перехода в области линейного участка характеристики Л,в„ф достаточно мало 1при А,=10! —:1О' Ом Явя„ф~) Ом), что позволяет линеаризовать эквивалентную схему светодиодов, работающих на указанном участке.
Инжекционные светодиоды в отличие ог электролюминесцентных конденсаторов являются токовыми приборами, питать и управлять которыми необходимо с помощью источников тока. Наиболее типичные конструкции светодиодов приведены на рис. 3.7, а " -в, условное обозначение — на рис. 3.7.:.
Частота излучения зависит о! материала светодиодов и состава легирующих примесей. В качестве его используют арсенид галлия. фосфид галлия, фосфид кремния, карбил в чпаля! ' ° !х!свхы в с :св -р-!А!Ввлв~ ' 1--!П, Лв 1 1 ' з!о с! Рвс З.1. Кокс~ Рук|соя свс~ о !носов: ь Звквв Лъ Пгоо . в!ов зсзь4 Р .. ),, -®вЂ” 41 !ь! '|енннан Н псньп кремния и др. В настоящее ||иннин красна н время свен одиоды различр -и ных типов позволяют пер, " з рекрыть диапазон длин р волн излучения от 366 до 950 нм и более.
а| Возможно создание светодиодов, которые в завиРис. з.з. Струятура састсписпа с упРав- симос|и пясммм аистом сасясиия (а); с|о пРии|пн- и ежима або ы б д т пиапьиая схема (б) или режима ра оты излучать в различных областях спектра и иметь управляемый цвет свечения. При этом используются или зависимость интенсивности отдельных частот излучения от тока р-п-т|ерсхода, или смешение излучений двух светодиодов, имеющих свечение разного цвета. В перво:тт случае изменение цвета происходит из-за того, что в составе излучения р-п-перехода имеется несколько световых полос, яркость которых неодинаково изменяется при изменениях протекающего тока.
При их смешивании получается результирующее излучение, цвет которого зависит от значений яркости отдельных полос. Во втором случае, который получил преимущественное распространение, используются двухпереходные структуры Оар (рис. 3.8, а). Как видно из рисунка, на кристалле фосфида галлия созданы два )т-л-перехода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
