51.Світлодіоди.

В основе СИД (светоизлучающие диоды) находится полупроводник р-n типа, излучающий свет в условиях, когда отрицательная клемма электрической батареи подсоединяется к участку полупроводника n-типа (прямое напряжение, положительный наклон энергетических зон). При этом электроны инжектируются в полупроводник п-типа и вытягиваются из полупроводника р-типа. (Вытягивание электронов полностью совпадает с инжекцией дырок в полупроводник р-типа.)

Положительный наклон энергетических зон приводит к движению электронов и дырок навстречу друг другу и миграции их через обедненную но­сителями зону перехода. В результате захвата электронов дырками происходит излучение света. Для постоянного повторения данного процесса и уравно­вешивания процесса рекомбинации требуется подпитка перехода новыми носителями заряда, осуществляемая при пропускании тока. При отключении тока рекомбинация приводит к восстановлению обедненной зоны в области перехода и излучение прекращается.

Описанный выше СИД — устройство с гомогенным переходом, то есть с переходом, образованным единственным полупроводниковым материалом. СИД с гомогенным переходом излучает свет как с боковой границы перехода, так и со всей его плоской поверхности. Излучение при этом имеет широкую диаграмму и малую интенсивность, что не совсем пригодно для использования в оптических волокнах. В этом случае только малая часть из­лученного света может быть направлена в ядро волокна.

Использование гетерогенной структуры перехода позволяет решить данную проблему. Носители заряда оказываются ограниченными активной областью кристалла. Гетерогенный переход является переходом р-n типа, образованным материалами с аналогичной кристаллической структурой, но с отлича­ющимися энергетическими уровнями и показателями преломления. Эти различия обеспечивают пространственную локализацию носителей заряда и более направленное излучение света.

И спользуемые в СИД вещества определяют длину волны выходного излу­чения. Обычно используются СИД на основе арсенида галлия с добавками алюминия (GaAlAs), имеющего окно прозрачности в диапазоне от 820 до 850 нанометров. Длины волн, соответствующие данному окну, удобны и с точки зрения распространения по оптическому волокну. Одна из причин выбора этого диапазона, изначально используемого в волоконной оптике, в том, что приборы, работающие в этом диапазоне, более надежные и дешевые, легко производятся. Таким образом, технология, основанная на использовании 820-микронного излучения, является родоначальной. В настоящее время все более значимой становится 1300-нм технология. Переход с 1300 на 1550 нм зависит, в частности, от развития технологии изготовления источников

Светодио́д или светоизлучающий диод (СИД) — полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при пропускании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в узком участке спектра, его цветовые характеристики зависят от химического состава использованного в СИД полупроводника. Как и в нормальном полупроводниковом диоде, в светодиоде имеется p-n переход. При пропускании электрического тока в прямом направлении, носители заряда — электроны и дырки рекомбинируют с излучением фотонов.

Не всякие полупроводниковые материалы эффективно испускают свет при рекомбинации. Хорошими излучателями являются, как правило, прямозонные полупроводники типа AIIIBV (например, GaAs или InP) и AIIBVI (например, ZnSe или CdTe). Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн от ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного диапазона (PbS).

Обозначение светодиода в электрических схемах

Диоды, сделанные из непрямозонных полупроводников (например, кремниевый Si или германиевый Ge диоды, а также сплавы SiGe, SiC) свет практически не излучают. Впрочем, в связи с развитостью кремниевой технологии, активно ведутся работы по созданию светоизлучающих диодов на основе кремния. Последнее время большие надежды связывают с технологией квантовых точек и фотонных кристаллов.

Светодиоды используются в сигнальных и осветительных приборах, например, в «твердотельных лампах».

Светодиоды (LED) - являются одним из основных типов источников излучения, использующ. в настоящее время.(другой тип- полупроводниковые лазерные диоды (LD))

Благодаря своей простоте и низкой стоимости, светодиоды распространены значитель­но шире, чем лазерные диоды. Принцип работы светодиода основан на излучательной рекомбинации носителей заряда в активной области гетерогенной структуры при пропускании через нее тока. 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.

Характеристики светодиода:

- спектральная плотность излучения- зависимость мощности от λ:

Излучение~1-2мВт

Анигиляция имеет случайный характер. Нельзя выделить поляризационные волны, излучаемые светодиодом.

Принято описывать не в амплитудах, а в мощностях.