Светоизлучающие диоды

Благодаря своей простоте и низкой стоимости, светодиоды распространены значитель­но шире, чем лазерные диоды.

По характеристике излучения излучающие диоды можно разделить на две группы: с излучением в видимой части спектра (светодиода) и инфракрасной - диоды ИК-излучения последние применяются в ВОСП.

Принцип работы светодиода основан на излучательной рекомбинации носителей заряда в активной области гетерогенной структуры при пропускании через нее тока, рис.8а. Но­сители заряда - электроны и дырки - проникают в активный слой (гетеропереход) из приле­гающих пассивных слоев (р- и n-слоя) вследствие подачи напряжения на р-n структуру и за­тем испытывают спонтанную рекомбинацию, сопровождающуюся излучением света.

С. д. испускают некогерентное излучение, но, в отличие от тепловых источников света, — с более узким спектром, Δ λ =30-50нм, рис.7а вследствие чего излучение в видимой области воспринимается как одноцветное. Цвет излучения зависит от полупроводникового материала и его легирования.

Длина волны излучения l (мкм) связана с шириной запрещенной зоны активного слоя Е_g (эВ) законом сохранения энергии l = 1, 24/Е, рис.8б.

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

Рис. 8 - Двойная гетероструктура:

а) гетероструктура;

б) энергетическая диаграмма при прямом смещении;

Гетерогенные структуры могут создаваться на основе разных полупроводниковых мате­риалов. Обычно в качестве подложки используются GaAs и InР. Соответствующий композици­онный состав активного материала выбирается в зависимости от длины волны излучения и создается посредством напыления на подложку, табл. 2.

Таблица 2 - Композиционные материалы, используемые для создания источников излучения различных длин волн.