Светоизлучающие диоды. Светоизлучающие диоды (светодиоды) – это полупроводниковый прибор с одним p-n– переходом, в котором осуществляется непосредственное преобразование

Светоизлучающие диоды (светодиоды) – это полупроводниковый прибор с одним p-n– переходом, в котором осуществляется непосредственное преобразование электрической энергии в энергию светового излучения. Принцип действия светодиода основан на излучении света p-n – перехода некоторых полупроводников, вызываемом рекомбинацией электронов и дырок при прохождении прямого тока.

Свечение полупроводникового диода наблюдал ещё в начале 20 – х годов ХХ века в Нижегородский лаборатории О.В. Лосев во время своих экспериментов по генерации электрических колебаний с помощью кристаллического детектора. Однако дальнейшее изучение этого явления началось лишь в середине 50 – х годов.

Светодиод имеет двухслойную структуру. Процессы, происходящие в pn – переходе при отсутствии внешнего напряжения и при прямом напряжении, такие же как в обычном полупроводниковом диоде. Но главную роль в светодиоде играют процессы рекомбинации. При отсутствии внешнего напряжения на светодиоде интенсивность рекомбинаций настолько незначительна, что излучение pn – переходом не наблюдается. Обычно светодиоды изготавливают с несимметричным p-n – переходом. Концентрация дырок в p – области значительно превышает концентрацию электронов в n – области.

При включении источника прямого напряжения через pn – переход проходит прямой ток за счёт инжекции дырок из p – области в n – область. В результате n – область вблизи p-n – перехода насыщается дырками, происходит интенсивная их рекомбинация с электронами сопровождающаяся излучением света.

Интенсивность излучения пропорциональна количеству носителей заряда, инжектированных через p-n-переход. Поэтому светодиоды называются инжекционными. Свечение, излучаемое p-n – переходом светодиода связано с энергетическими процессами и может быть объяснимо с помощью диаграммы энергетических уровней.

На энергетической диаграмме это соответствует заполнению низких уровней зоны проводимости электронами и появлению в верхней части валентной зоны не занятых электронами уровней – дырок (рис.7.8.). Такое состояние неустойчивое, поэтому непрерывно происходит процесс обратного перехода электронов из зоны проводимости на свободные уровни валентной зоны, т.е. рекомбинация электронов и дырок. Длина волны излучения зависит от ширины запрещённой зоны ∆ W3. При этом наблюдается свечение определённого цвета, зависящего от материала светодиода.

Различные типы светодиодов могут иметь красное, оранжевое, жёлтое, зелёное, голубое свечение.