СВЕТОДИОД это:

СВЕТОДИОД
СВЕТОДИОД

       
(светоизлучающий диод), полупроводниковый прибор, преобразующий электрич. энергию в энергию оптич. излучения на основе явления инжекционной электролюминесценции, происходящей в ПП кристалле с электронно-дырочным переходом или гетеропереходом либо контактом металл — полупроводник. В С. при протекании в нём пост. или перем. тока в область полупроводника, прилегающую к такому переходу (контакту), инжектируются избыточные носители тока — эл-ны и дырки; их рекомбинация сопровождается оптич. излучением. С. испускают некогерентное излучение с узким спектром. Длина волны излучения зависит от ПП материала и его легирования. Яркость излучения большинства С. находится на уровне 103—105 кд/м2. Кпд С. видимого излучения составляет от 0,01% до неск. процентов. В С. ИК излучения с целью понижения потерь на полное внутр.. отражение и поглощение в теле кристалла для последнего выбирают полусферич. форму, а для улучшения хар-к направленности излучения С. помещают в параболич. или конич. отражатель. Кпд С. с полусферич. формой кристалла достигает 40 %.
Пром-сть выпускает дискретные и интегральные (многоэлемеитные) С. Дискретные С. видимого излучения используют в качестве сигнальных индикаторов; интегральные С.— цифро-знаковые индикаторы, многоцветные панели -применяют в разл. системах отображения информации. С. ИК излучения находят применение в устройствах оптической локации, оптической связи, в с ветодальномерах и т. д. В ряде областей применения С. конкурирует с родственным ему прибором — инжекционным лазером (см. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ЛАЗЕР), к-рый в отличие от С. генерирует когерентное излучение.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

СВЕТОДИОД
- полупроводниковый диод, излучающий свет припропускании тока через р - п-переход в прямом направлении. Физ. <основу работы С. составляют процессы инжекции неосновных носителейзаряда в активную область р - га-структуры и излучат. рекомбинацииинжектиров. носителей (см. Рекомбинация носителей заряда).

С. включает в себя активный элемент из полупроводникового монокристалла, <в основном в виде кубика («чипа»), содержащего р -re-переход или гетеропереход и омич. контакты. Типичные размеры чипа: 0,3 X 0,3 X 0,25 мм. С. содержиттакже элементы конструкции, предназначенные для сбора излучения, повышениявнеш. оптич. эффективности и формирования необходимой диаграммы направленностиизлучения. С. может иметь два чипа с разл. цветами свечения или один чипс двумя р -n-переходами, излучающими в двух спектральных полосах. <В этом случае возможно управление цветом свечения. С. может содержать такжерезистор или микросхему, позволяющие управлять питающим напряжением С.(см. Интегральная схема, Микроэлектроника). С. могут иметь усложнённуюконструкцию, повышающую эффективность ввода излучения в волокно, если онипредназначены для использования в спец. целях, напр. в волоконно-оптич. <линиях связи (ВОЛС) (см. Волоконная оптика).

С. характеризуются высокой яркостью (тыс. кд/м 2), силой света(до десятков кд), силой излучения (сотни мВт/ср), внеш. квантовым выходом излучения(до 50%), широким спектральным диапазоном (8026-1.jpg7-0,35 мкм), высоким быстродействием (до единиц не), совместимостью повходным характеристикам с транзисторными микросхемами, а по спектру излученияС. ИК-диапазона - с фотоприёмниками на основе кремния, возможностьюмонолитной интеграции, возможностью ВЧ-модуляции излучения путём модуляциитока накачки (до сотен МГц), низковольтностью электропитания (1,5-4 В),надёжностью и большим сроком службы (до сотен тыс. ч).

Основные механизмы возбуждения светодиода - инжекция носителей заряда иударная ионизация. Инжекция наиб. эффективна в гетероструктурах(ГС). Вследствие разрывов в валентной зоне и зоне проводимости гетеропереходапри смещении перехода в прямом направлении наблюдается односторонняя инжекцияносителей заряда из широкозонного материала в узкозонный практически независимоот уровня легирования п- и р-областей. В двойных гетероструктурах(ДГ) вследствие эффекта электронного ограничения (см. Гетероструктура )повышаетсяконцентрация носителей в активной области структуры. Если толщина активнойобласти d< L, где L - диффузионная длина инжекторов, <носителей, то концентрация носителей в L/d раз превышает концентрациюв гомоструктуре при том же уровне возбуждения. Применение ДГ позволяетповысить внеш. квантовый выход излучения (h вн) при малых токахнакачки. Ударная ионизация имеет место при обратном смещении р - n -переходадо напряжения электрич. пробоя. Этот механизм введения неравновесных носителейменее эффективен, чем инжекционный.

Излучат, рекомбинация в С. осуществляется в прямозонных полупроводниках(напр., GaAs, InAs, твёрдых растворах 8026-2.jpg при х< 0,4,8026-3.jpgпри х <0,35 и др.), в к-рых абс. минимум зоны проводимости находитсяпри том же значении квазиимпульса, что и максимум валентной зоны. <Переход электрона с сохранением квазиимпульса характеризуется высокой вероятностьюи является излучательным. Длина волны излучения в максимуме спектральнойполосы определяется шириной запрещённой зоны Е g по примерномусоотношению 8026-4.jpg.Полное число излучат. переходов R в единице объема пропорц. концентрациямэлектронов (n) и дырок ( р )в активной области: R = В r пр, где В r - коэф. рекомбинации, равный для прямозонных полупроводников~10-10 см 3/с.

С. на основе гомопереходов в прямозонных полупроводниках, легированныхт. н. мелкими примесями (см. Примесные уровни), имеют существ. недостаток- сильное поглощение излучения внутри кристалла (коэф. поглощения 8026-5.jpg~104 см"1). Снижение потерь па межзонное поглощениедостигается уменьшением энергии излучения за счёт компенсации примесейв активной области (напр., в эпитаксиальной р - n-структуре GaAs, легированнойSi). При сильном легировании и компенсации хаотически расположенный в пространствезаряд примесей создаёт искривление границ зон, при к-ром локальная шириназапрещённой зоны остаётся постоянной (см. Сильнолегированный полупроводник). Этоприводит к тому, что в распределении плотности состояний появляютсяучастки при энергиях ниже зоны проводимости и выше валентной зоны - т. <н. хвосты плотности состояний, пространственно разделённые в обеих зонах. <В С. с такой структурой в излучат. рекомбинации принимают участие глубокиеи удалённые группы состояний. При этом излучаемые фотоны характеризуютсяэнергией, меньшей 8026-6.jpgнаглубину потенциальных ям 8026-7.jpg, и поэтому слабо поглощаются в кристалле 8026-8.jpg.Одновременно эти переходы имеют высокую инерционность (быстродействие С. <примерно 0,5-1,5 мкс), т. к. плотность состояний на дне потенциальных яммала. В связи с низким коэф. поглощения внеш. квантовый вход излучениядля приборов с полусферич. кристаллом достигает 8026-9.jpg

В непрямозонных полупроводниках (GaP, GaAs1-xPx при <<х>0,4 и др.) эфф. излучательная рекомбинация может осущестилятьсятолько при наличии определённого примесного центра, изоэлектронно замещающегоодин из атомов соединения. Роль этого центра заключается в том, что нанём образуется связанный экситон. Например, для GaP таким центромявляются N, обусловливающий зелёное свечение, и комплекс Zn - О, обусловливающийкрасное свечение. Азот в GaP изоэлектронно замещает Р. Ввиду того что Nимеет меньший ат. номер, чем Р, меньший ионный радиус и отличается по электроотрицательности, <то образовавшийся нейтральный центр притягивает электрон короткодействующимисилами. После захвата электрона дырка притягивается к заряж. центру кулоновскимисилами и реализуется излучат. переход. Этот экситонный излучат. переходобусловливает бесфононную линию А и её фононные повторения в спектреизлучения.

В непрямозонных полупроводниках наблюдается также эфф. донорно-акцепторнаярекомбинация, при к-рой носители захватываются на свои примесные центры, <а затем электрон переходит с донора на акцептор в акте излучат. рекомбинации. <Примером может служить рекомбинация на донорно-акцепторной паре А1 - Nв 6Н - SiC и 4Н - SiC, приводящая к получению синего (8026-10.jpg480 нм) и фиолетового (8026-11.jpg423 нм) свечения.

Для осуществления прямых переходов при большей ширине запрещённой зоны, <чем дают бинарные соединения GaAs, InP и др., применяют трёхкомпопентныетвёрдые растворы прямозонных бинарных соединений с малой 8026-12.jpgи непрямозонных бинарных соединений с большой 8026-13.jpg.Примером такого соединения является 8026-14.jpg, для к-рого Г-минимум прямых переходов расположен ниже X-минимума непрямыхпереходов (см. Зонная теория )в значительной области составов. Твёрдыерастворы 8026-15.jpgи 8026-16.jpg сохраняютпреим. прямые переходы до анергий, соответствующих красному цвету свечения, <а твёрдые растворы 8026-17.jpgи 8026-18.jpg - до энергий, <соответствующих жёлтому и зелёному цветам свечения (рис. 1).

В целях расширения спектрального диапазона излучения применяют такжечетверные соединения с изовалентным замещением одновременно элементов IIIи V групп периодической системы элементов. Примером является соединение 8026-19.jpg, позволяющее получить излучение в важном для ВОЛС диапазоне длин волн:8026-20.jpgравна 1,3 и 1,5 мкм.

Для снижения потерь света на поглощение внутри кристалла С. используют«широкозонное окно», к-рое позволяет вывести свет из активной области гетероструктурычерез широкозонный эмиттер без потерь на межзонное поглощение.
8026-21.jpg

Рис. 1. Минимумы зоны проводимости GaAS1-x Р x дляпрямого (Г, кривая 1) и непрямого (X, кривая 2) переходов в зависимостиот состава твёрдого раствора.

Переизлучение света, излучаемого в направлении к подложке, в спец. фотолюминесцентномслое, ширина запрещённой зоны к-рого меньше или равна ширине запрещённойзоны активной области, позволяет в 2-2,5 раза повысить 8026-22.jpg.Эти гетероструктуры (рис. 2) называют фотоэлектролюминесцентными (ФЭЛ-структурами).
8026-23.jpg

Рис. 2. Схематическое изображение изменения ширины запрещённой зоныгетероэпитаксиальных ФЭЛ-структур: 1 - область излучательной рекомбинации;2 - область переизлучения.

В ДГ, содержащей активную узкозонную область, заключённую между двумяширокозонными эмиттерами, прозрачными для генерируемого излучения, и несодержащей поглощающий свет подложки (т. н. многопроходные двойные гетероструктуры, <МДГ), фотоны, отразившиеся от поверхности внутрь кристалла, могут послемногократных отражений внести вклад в выходящее излучение. При этом потерьфотонов на поглощение в активной области Ga1-xAlxAsне наблюдается в связи с тем, что поглощение происходит с переизлучением, <квантовый выход к-рого близок к 1. Многопроходность приводит к резкомувозрастанию h вн. Так, в С. на основе МДГ Ga1-xAlxAs(рис. 3) достигнут 8026-24.jpg= 21% в красной области спектра и 38% в ИК-диапазоне.

Для снижения потерь света на полное внутреннее отражение на границеполупроводника с окружающей средой применяют следующие меры. 1) Выполняюткристалл в виде полусферы или усечённой сферы (сферы Вейерштрасса); в этомслучае размер р -n-перехода существенно меньше диаметра полусферы;2) помещают кристалл в среду с показателем преломления n возд< n < n п для увеличения критич. угла (напр., использованиепрозрачного эпоксидного компаунда с n = 1.5-1,6 увеличивает выход излученияиз кристалла в 2,5-3 раза); 3) применяют плоские кристаллы с мезаструктурой, <позволяющие за счёт «внутр. фокусировки» излучения повысить вывод излученияв 2-3 раза; 4) создают диффузно-рассеивающую излучающую поверхность, улучшающуюусловия вывода излучения для лучей, падающих на границу раздела под углом, <большим критического; это позволяет повысить вывод света в 1,5-2 раза.
8026-25.jpg

Рис. 4. Типичные спектры излучения светодиодов.

Характеристики светодиодов
8026-26.jpg8026-27.jpg

Рис. 3. Схематическое изображение изменения ширины запрещённой зоныМДГ в системе Ga1-xAlxAs.

Быстродействие излучающих диодов или предельная частота модуляции излученияограничивается временем жизни неосновных носителей:
8026-28.jpg где 8026-29.jpg- мощность излучения на частоте w, Р 0 - мощностьнемодулиров. излучения,8026-30.jpg -время жизни неосновных носителей. Время нарастания и спада излучения поуровням 0,1-0,9 для С. из высокоэффективных МДГ в системе Ga1-xAlxAsс красным и ИК-излучением составляет 15- 25 нc.

Технология светодиода основана на использовании эпитаксиальныхметодов: жидкостной эпитаксии, газотранспортной эпитаксии, МОС-гидриднойэпитаксии.

Обобщённые данные по характеристикам светодиодов приведены в табл.,а типичные спектры излучения - на рис. 4.

Области применения: сигнальная индикация, подсветка постоянных надписей, <отображение мнемонич. информации, блоки матриц бесшовной стыковки для созданиябегущих строк и экранов большой площади, устройства дпстанц. управлениябытовой и промышленной радиоаппаратурой на основе С. ИК-диапазона, излучателидля ВОЛС, для медицинских приборов, для газоанализа и влагометрии, линейкиС. для копировальных и считывающих устройств персональных компьютеров, <анализаторов изображения, оптопары и разобщённые оптроны в автоматике, <устройства бесконтактного измерения углов между поверхностями, угл. перемещенийи угл. скоростей, параметров вибрации, ухода гидроприборов и т. п.

Лит.: Берг А., Дин П., Светодиоды, пер. с англ., М., 1979; КоганЛ. М., Полупроводниковые светоизлучающие диоды, М., 1983; Ishlnatsu S.,Okuno Y., High efficiency GaAlAs, LED, «Optoelectronics - Devices and Technol.»,1989, v. 4, № 1, p. 21; К о г а н Л. М. и др., Новые светоизлучающие диоды,«Электрон. промышленность», 1990, № 9, с. 22. Л. М. Поган.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Синонимы:

Смотреть что такое "СВЕТОДИОД" в других словарях:

  • светодиод — светодиод …   Орфографический словарь-справочник

  • светодиод — Полупроводниковый прибор, преобразующий электрическую энергию в энергию оптического излучения на основе явления инжекционной электролюминесценции в полупроводниковом кристалле с электронно дырочным переходом, полупроводниковым гетеропереходом,… …   Справочник технического переводчика

  • СВЕТОДИОД — (СИД), ПОЛУПРОВОДНИКОВОЕ устройство, производящее свет. СИД состоит из плоскостного (р n) ДИОДА, который испускает свет, когда электроны и дырки в полупроводниковом материале (обычно фосфид арсенида галия) рекомбинируются в области р n перехода.… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • светодиод — сущ., кол во синонимов: 1 • диод (10) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

  • Светодиод — Светодиод: источник света, основанный на испускании некогерентного излучения в видимом диапазоне длин волн при пропускании электрического тока через полупроводниковый диод... Источник: СП 52.13330.2011. Свод правил. Естественное и искусственное… …   Официальная терминология

  • СВЕТОДИОД — полупроводниковый прибор (светоизлучающий диод), преобразующий электрическую энергию в энергию оптического излучения (при прохождении через него электрического тока). Применяется в индикаторных устройствах, системах отображения информации и др.;… …   Большая политехническая энциклопедия

  • Светодиод — …   Википедия

  • Светодиод — 45. Светодиод Полупроводниковый прибор, преобразующий электрическую энергию в энергию оптического излучения на основе явления инжекционной электролюминесценции в полупроводниковом кристалле с электронно дырочным переходом, полупроводниковым… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • светодиод — Термин светодиод Термин на английском light emitting diode Синонимы Аббревиатуры LED Связанные термины гетероструктура полупроводниковая, органический светодиод, полупроводник Определение полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет… …   Энциклопедический словарь нанотехнологий

  • светодиод — šviesos diodas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. emitting diode; injection luminescence diode; light emitting diode vok. Leuchtdiode, f; Lichtemitterdiode, f; Lumineszenzdiode, f rus. светодиод, m; светоизлучающий диод, m pranc.… …   Automatikos terminų žodynas

Книги

  • Светодиод, Jesse Russell. Эта книга будет изготовлена в соответствии с Вашим заказом по технологии Print-on-Demand. Внимание! Книга представляет собой набор материалов из Википедии и/или других online-источников.… Подробнее  Купить за 1125 руб
Другие книги по запросу «СВЕТОДИОД» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»