Материалы оптоэлектроники. Полупроводниковые светоизлучающие структуры


Примечание	от автора: Я прилагаю первые два рисунка в формате .PCX, а остальные, к сожале- нию, я нарисовать не успел. Так что кому очень хочется, можете срисовать их с книжки Мадьяри Б."Элементы оптоэлектроники и фотоэлектричес- кой автоматики", М. 1979. Но я бы пр
	Загрузить архив:
	Файл: sv_diod.zip (24kb [zip], Скачиваний: 108) скачать

Ш2

ш1.5

1Министерство науки, высшей школы и технической политики РФ

1Московский Государственный Институт Электроники и Математики

1Факультет Электронной Техники

1Кафедра - Материаловедение

1электронной техники

1РЕФЕРАТ

1на тему3 Материалы оптоэлектроники.

3Полупроводниковые светоизлучающие структуры.0

1Выполнил студент группы И-41

1Офров С.Г

1РуководительПетров В.С.

1Реферат защищён с оценкой _________

_____________________________

(подпись преподавателя, дата)

1Москва 1994

ш0

- 1 -

Материалы оптоэлектроники.

Полупроводниковые светоизлучающие структуры.

1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ.

1.1. Предмет оптоэлектроники.

Оптоэлектроника представляетсобой раздел науки и техники,

занимающийся вопросами генерации,переноса (передачи и приёма),

переработки (преобразования),запоминания и хранения информации

на основе использования двойных (электрических и оптических) ме-

тодов и средств.

Оптоэлектронный прибор - это (по рекомендации МЭК)прибор,

чувствительныйк электромагнитному излучению в видимой,инфра-

красной или ультрафиолетовой областях;или прибор, излучающий и

преобразующий некогерентноеили когерентное излучение в этих же

спектральных областях;или прибор,использующий такое электро-

магнитное излучение для своей работы.

Обычно подразумевается также"твердотельность" оптоэлек-

тронных приборовиустройств или такая их структура (в случае

использования газов и жидкостей),которая допускала бы реализа-

цию сприменением методовсовременнойинтегральной техники в

микроминиатюрном исполнении.Таким образом, оптоэлектроника ба-

зируется надостижениях целого ряда достижений науки и техники,

среди которых должны быть выделеныпрежде всего квантовая элек-

троника, фотоэлектроника, полупроводниковая электроника и техно-

логия, а также нелинейная оптика, электрооптика, голография, во-

локонная оптика.

- 2 -

Принципиальные особенности оптоэлектронных устройств связа-

ны стем, чтовкачестве носителя информации в них наряду с

электронами выступаютэлектрическинейтральные фотоны. Этим

обуславливаются их основные достоинства:

1. Высокая информационная ёмкость оптического канала.

2. Острая направленность излучения.

3. Возможность двойной модуляции светового луча - не только

временной, но и пространственной.

4. Бесконтактность, "элетропассивность" фотонных связей.

5. Возможность простого оперирования со зрительно восприни-

маемыми образами.

Эти уникальные особенности открывают перед оптоэлектронными

приборами очень широкие возможности применения в качествеэле-

ментов связи, индикаторных приборов, различных датчиков. Тем са-

мым оптоэлектроника вноситсвою,очень значительную,долюв

комплексную микроминиатюризациюрадиоэлектроннойаппаратуры.

Дальнейшее развитие и совершенствование средств оптоэлектроники

служиттехническим фундаментом разработки сверхвыскопроизводи-

тельных вычислительных комплексов, запоминающихустройствги-

гантской ёмкости, высокоскоростной связи, твердотельного телеви-

дения и инфравидения.

Основу практически любой оптоэлектронной системы составляет

источник излучения:именно его свойства и определяют,в первую

очередь,лицо этой системы.А все источники можно подразделить

на две большие группы:с когерентным (лазеры) и с некогерентным

(светоизлучающие диоды и др.) излучением. Устройства с использо-

ванием когерентного или некогерентного света обычно резкоотли-

чаются друг от друга по важнейшим характеристикам.

- 3 -

Всё это оправдывает использование таких терминов как "коге-

рентная оптоэлектроника" и "некогерентная оптоэлектроника".Ес-

тественно,что чёткую грань провестиневозможно, норазличия

между ними очень существенны.

История оптоэлектроники ведёт своё начало с открытияопти-

ческого квантового генератора - лазера (1960 г.). Примерно в то

же время (50-60-е гг.) получили достаточно широкое распростране-

ние светоизлучающие диоды, полупроводниковые фотоприёмники, уст-

ройства управления световым лучом и другие элементы оптоэлектро-

ники.

1.2. Генерация света.

Оптический диапазон составляют электромагнитные волны, дли-

ны которых простираются от 1 мм до 1 нм. Оптический диапазон за-

мечателен тем,что именно в нём наиболее отчётливо проявляется

корпускулярно-волновой дуализм; энергия фотона и соответствующие

ей частотаколебаний и длина волны света связаны следующими со-

отношениями:

ш17

7n0[Гц] = 3770105140/7l0[мкм]7 2

7e4ф0[эВ] = 1,234/7l0[мкм]7 2

ш0

При известной удельной мощности P плотность фотонного пото-

ка N определяется выражением

N[м5-20с5-10] = 5,0357701051277l0[мкм]770P[мкВт770м5-20].

Все светогенерационные эффекты относят либо к тепловому из-

лучению, либо к одному из видов люминесценции.Спектр излучения

- 4 -

нагретого тела определяется формулой Планка, которая для так на-

зываемого абсолютно чёрного тела имеет вид

f(7l0,T) = 27p70h770c5277l5-50[ exp(hc/(kT7l0)) - 1]5-10,

где h, c, k- известные универсальные константы; T - абсолютная

температура. При достаточно высоких температурах (>2500...3500 К)

часть спектра теплового излучения приходится на видимую область.

При этом, однако, всегда значителен длинноволновый "хвост".

Люминесценция представляет собой излучение, характеризующе-

еся тем,что его мощность превышает интенсивность теплового из-

лучения при данной температуре ("холодное" свечение).

Известно, что электроны в атомемогут находитьсявряде

дискретных энергетических состояний, при тепловом равновесии они

занимают наинизшие уровни.В люминесцирующем веществезасчёт

энергии того или иного внешнего воздействия часть электронов пе-

реходит на более высокие энергетические уровни E420.Возвращение

этихэлектронов на равновесный уровень E410 сопровождается испус-

канием фотонов с длиной волны, определяемой простым соотношением:

ш1

1,23

7l0 = ───────────── [мкм]

(E420 - E410)[эВ]

ш0

Физика люминесценции предопределяет две примечательные осо-

бенности процесса:узкий спектр излучения и возможность исполь-

зования большого числа способов возбуждения.Воптоэлектронике

главным образомиспользуются электролюминесценция (пробой и ин-

жекция p-n перехода в полупроводниках),а также фото- и катодо-

люминесценция (бомбардировка люминофора быстрыми электронами).

При распространениисветовых лучей важную роль играет диф-

ракция, обусловленная волновой природой света иприводящая,в

- 5 -

частности, ктому, что выделенный с помощью оптической системы

параллельный пучок становится расходящимся, причём угол расходи-

мости близок к 7f4D0 =7 l0/D , где D - апертура (диаметр луча света).

Дифракционный предел разрешающей способности оптическихсистем

соизмерим с7 l0,а плотность записи информации с помощью световых

потоков не может превысить7 l5-20.

В веществе с показателем преломления n скорость распростра-

нения светового луча становится c/n,а поскольку величина n за-

висит от длины волны (как правило,растёт с уменьшением7 l0),то

это обуславливает дисперсию.

1.3. Источники излучения.

Оптоэлектроника базируется на двух основных видах излучате-

лей: лазерах(когерентное излучение)и светоизлучающих диодах

(некогерентное излучение).

В оптоэлектроникенаходят применениемаломощные газовые,

твердотельные и полупроводниковые лазеры. Разрежённость газового

наполнения в рабочем объёме обусловливает высокую степень монох-

роматичности,одномодовость,стабильность частоты,острую на-

правленность и,в конечном счёте, когерентность излучения. В то

же время значительные габариты, низкий к.п.д., прочие недостатки

газоразрядных приборовнепозволяют рассматривать этот вид ОКГ

как универсальный оптоэлектронный элемент.

Значительные мощности излучения твердотельных лазеров обус-

лавливают перспективность применения этих генераторов в дально-

действующих волоконнооптических линиях связи.

Наибольший интерес для разнообразных оптоэлектронных приме-

- 6 -

нений представляютполупроводниковыелазеры благодаря высокому

к.п.д., малым габаритам,высокому быстродействию,простоте уп-

равления. Особенновыделяютсягетеролазеры на основе тройного

полупроводникового соединения Ga Al As.В ихструктуре тонкий

слой n-типапроводимости "зажат"между областями n- и p-типов

того же материала,но с большими значениями концентраций алюми-

ния и соответственно этому большими ширинами запрещённой зоны. В

роли резонатора может также выступать поверхностная дифракцион-

ная решётка,выполняющая функцию распределённой оптической об-

ратной связи.

Для оптоэлектроники особый интерес представляют полупровод-

никовые излучатели - инжекционные (светодиоды) и электролюминес-

центные (электролюминофоры). В первых излучение появляется в ре-

зультате рекомбинации дырок с инжектированными через pn-переход

электронами. Чем больше ток через светодиод, тем ярче его высве-

чивание. В зависимости от материала диода и примесей в нём меня-

ется цвет генерируемого излучения: красный, жёлтый, зелёный, си-

ний (соединения галия с фосфором и азотом, кремния с углеродом и

пр.,см. табл.1). Светодиоды на основе соединения галия с мышь-

яком генерируют невидимое излучение сдлинойволны 0,9...0,92

мкм.На этой длине волны кремниевые фотоприёмники имеют макси-

мальную чувствительность.Для светодиодов характерны малые раз-

меры (0,37&00,3 мм),большие срок службы (до 100 тыс. ч.) и быст-

родействие (105-60...105-90 с), низкие рабочие напряжения (1,6...3,5

В) и токи (10...100 мА).

- 7 -

ш1.5

Л+

Таблица 1. Основные материалы для светодиодов.

╔════════════╤══════╤══════════╤═════════╤═════════════════╗

║ Полупро-│ 4o0 5 0│Цвет │Эффектив-│ Быстродействие, ║

║ водник │ 7l0,A│ │ность, % │ нс ║

╟────────────┼──────┼──────────┼─────────┼─────────────────╢

║ GaAs │ 9500 │ ИК │ 12; 505*0 │ 105-70...105-60 ║

║│ 9000 │ │ 2 │ 105-90...105-80 ║

╟────────────┼──────┼──────────┼─────────┼─────────────────╢

║ GaP │ 6900 │ Красный│7 │ 105-70...105-60 ║

║│ 5500 │ Зелёный │ 0,7 │ 105-70...105-60 ║

╟────────────┼──────┼──────────┼─────────┼─────────────────╢

║ GaN │ 5200 │ Зелёный│0,01 │ ║

║│ 4400 │ Голубой│ 0,005│ ║

╟────────────┼──────┼──────────┼─────────┼─────────────────╢

║ GaAs41-x0P4x0 │ 6600 │ Красный │0,5 │ 3770105-80 ║

║│ 6100 │ Янтарный │0,04 │ 3770105-80 ║

╟────────────┼──────┼──────────┼─────────┼─────────────────╢

║ Ga41-x0Al4x0As │ 8000 │ ИК │12 │ 105-80 ║

║│ 6750 │ Красный│ 1,3 │ 3770105-80 ║

╟────────────┼──────┼──────────┼─────────┼─────────────────╢

║│ 6590 │ Красный│ 0,2 │ ║

║ In41-x0Ga4x0P │ 6170 │ Янтарный │ 0,1 │ ║

║│ 5700 │ Желто- │ 0,02 │ ║

║│ │ зелёный│ │ ║

╚════════════╧══════╧══════════╧═════════╧═════════════════╝

ш0

Л-

Излучатели на основе люминофоров представляют собойпорош-

ковые или тонкоплёночные конденсаторы, выполненные на стеклянной

прозрачной подложке. Роль диэлектрика выполняет электролюминофор

на основесоединения цинка с серой,который излучает свет под

действием сильного знакопеременного электрического поля.Такие

светящиеся конденсаторымогутизготовляться различных размеров

(от долей сантиметра квадратного до десятииболее квадратных

метров), различной конфигурации,что позволяет изготавливать из

- 8 -

них знако-буквенные индикаторы, отображать различные схемы, кар-

ты, ситуации.

В последнее время длямалогабаритныхустройств индикации

широко сталаиспользоваться низковольтная катодолюминесценция -

свечение люминофора под действием электронного луча. Такиеис-

точники излученияпредставляютсобой электровакуумнуюлампу,

анод которой покрыт люминофором, излучающим красный, жёлтый, зе-

лёный, синий свет при попадании на него ускоренных электрическим

полем электронов.Простота конструкции, низкая стоимость, боль-

шие яркостии большойсрок службы сделали катодолюминесценцию

удобной для различных применений в оптоэлектронике.

2. СВЕТОДИОДЫ.

Наиболее перспективными источникамиизлучения дляоптоэ-

лектроники являются светодиоды.Такими их делают малые габариты

и масса (излучающие площади 0,2...0,1 мм520 и менее), большой срок

службы, измеряемыйгодамиидаже десятками лет (10540...10550 ч),

высокое быстродействие,не уступающее интегральным схемам

(105-90...105-50 с),низкие рабочие напряжения (1,6...2,5 В), малая

потребляемая мощность (20...600 мВт),возможность получения из-

лучения заданного спектрального состава (от синего до красного в

видимой части спектра и ближнего инфракрасного излучения).Они

используются вкачествеисточника излучения для управления фо-

топриёмниками в оптронах,для представления цифро-буквенной ин-

формации вкалькуляторах идисплеях,для ввода информации в

компьютерах и пр.

Светодиод представляетсобой гомо- или гетеро-pn-переход,

- 9 -

прохождение тока через который в прямом направлении сопровожда-

етсягенерацией в полупроводнике излучения.Излучение является

следствием инжекционной люминесценции - рекомбинации инжектиро-

ванных черезpn-переход эмиттеромнеосновныхносителей тока

(электронов) с основными носителями тока в базе (дырками) (люми-

несценция -испускание света веществом,не требующее для этого

нагрева вещества;инжекционнаяэлектролюминесценцияозначает,

что люминесценция стимулирована электрическим током).

Электролюминесценция можетбыть вызвана также сильным

электрическим полем,как в случае электролюминесцентных конден-

саторов с диэлектриком из порошка сернистого цинка (предпробой-

ная электролюминесценция Дестрио).

Светодиоды для видимого и ближнего инфракрасногоизлучения

изготавливаются главным образом из монокристаллов материалов ти-

па A5III0B5V0: фосфида галия, арсенида галия и более сложных соеди-

нений: GaAs41-x0P4x0 , Ga41-x0Al4x0As , где x - доля содержания того или

другого элемента в соединении.

Для получениятребуемогоцвета свечения материалы сильно

легируются соответствующими примесями или их состав сильно варь-

ируется. Так,для получения красного излучения фосфид галия ле-

гируется цинком и кислородом,для получения зелёного -азотом.

Если вGaAs41-x0P4x0 x=0,39 ,то светодиод излучает красный свет с

7l0=660 нм, если x=0,5...0,75, то янтарный с7 l0=610 нм.

Из простого соотношения, связывающего длину волны излучения

с шириной запрещённой зоны полупроводника,7 l0[нм] = 1234/7e0 [эВ]

следует, что видимое излучение с7 l,0720 нм можно получить лишь от

широкозонных полупроводников с шириной запрещённой зоны7e.01,72

эВ. У арсенида галия при комнатной температуре7 e0=1,38 эВ. Поэто-

- 10 -

му светодиоды из арсенида галия излучают невидимое, инфракрасное

излучениес 7l0=900 нм.У фосфида галия 7e0=2,19 эВ.Он может уже

излучать видимый свет с длиной волны7 l.0565 нм, что соответствует

желто-зелёному свечению. Как преобразователь электрической энер-

гии в световую, светодиод характеризуется внешней эффективностью

(или к.п.д.).

ш1

число эмиттированных квантов света

7h0 = ──────────────────────────────────────────

число инжектированных неосновных носителей

ш0

Эффективность светодиодов невелика7 h,00,1 (10%). В большинс-

тве случаев она не превышает 0,5...5%.Это обусловлено тем, что

свет трудно вывести из полупроводника наружу. При высоком значе-

нии коэффициентов преломления используемых поводников (для арсе-

нида галия n=3,3 для воздуха - 1) значительная часть рекобинаци-

онного излученияотражаетсяот границыраздела полупровод-

ник-воздух, возвращаетсявполупроводник и поглощается в нём,

превращаясь в тепло.Поэтому сравнительно невелики средниеяр-

кости светодиодовиих выходные мощности: L4ф0=10...10530 кд/м520,

I4ф0=105-10...10520 мкд, P4ф0=105-10...10520 МВт. По этим параметрам они ус-

тупают лампочкам накаливания, по остальным - превосходят их.

Светодиод - миниатюрный твердотельный источник света. У не-

гоотсутствует отпаянная колба как у лампы накаливания.У него

нет нити накала,а значит отсутствует время разогрева имикро-

фонный эффект. Он более стоек к механическим ударам и вибрациям.

Излучение светодиода весьма близко к монохроматическому в преде-

лах7 Dl0=40...100 нм.Это снижает фоновые шумы источника по срав-

нению со случаем применения фильтров для монохроматизации излу-

чения немонохроматического источника.

- 11 -

2.1. Конструкция светодиодов.

В излучателе плоской конструкции (рис.1,а) излучающий пере-

ход выполнен или диффузией,или эпитаксией.Штриховыми линиями

показанылучи, которыеиз-за полного внутреннего отражения от

границы раздела не выходят из кристалла.Изкристалла выходят

толькоте лучи,которыес нормалью составляют угол 7Q,0arcsin

n410/n420.Для арсенида галия и фосфида галия - это конус с углом у

вершины не более 355o0. Такая конструкция является самой дешёвой и

простой.Однако она наименее эффективна, ей соответствует узкая

диаграмма направленности излучения (рис. 2).

Геометрические размеры полусферической конструкции светоди-

ода (рис.1,б) таковы, что R7.0r770(n420/n410). В этом случае всё излу-

чение попадает на границу раздела под углом,совпадающим с нор-

малью, и полностью выходит наружу. Эффективность полусферической

конструкции - самая высокая. Она примерно в десять раз превышает

эффективность плоскойконструкции.Однако она намного дороже и

сложнее в изготовлении.

Плоский кристаллсветодиода может быть покрыт каплей эпок-

сидной смолы, выполняющей роль линзы (рис. 1,в). Смола имеет ко-

эффициент преломления промежуточный между воздухом и кристаллом.

Это позволяет несколько увеличить светящуюся поверхность диода.

В последнемслучае смола подкрашивается под цвет излучения све-

тодиода. Большинство сигнальных и отображающих светодиодоввы-

полняется такой конструкции.

Принципиальное устройство светодиода показанонарис. 3.

Светодиоды могут изготавливаться и бескорпусными.Тогда их раз-

меры определяются размерами кристалла (0,47&00,4 мм520).

- 12 -

2.2. Свойства светодиодов.

Вольт-амперная характеристика светодиода аналогична

вольт-амперной характеристике кремниевого диода: она имеет круто

возрастающую прямую ветвь.На этом участке динамическоесопро-

тивление мало и не превышает нескольких ом.Обратные напряжения

невелики (3,5...7,5 В).Светодиод не рассчитан назначительные

обратныенапряжения и легко может быть пробит,если не принять

соответствующих мер защиты.Если светодиод долженработать от

сети переменного тока, то последовательно с ним включается крем-

ниевый диод, который работает как выпрямляющий вентиль. В стати-

ческомрежиме номинальный ток в зависимости от типа светодиода

лежит в пределах от 5...10 мА до 100 мА.

Яркость высвечивания светодиода илимощностьизлучения

практически линейно зависит от тока через диод в широком диапа-

зоне изменения токов. Исключение составляют красные GaP - свето-

диоды, у которыхсростом токанаступаетнасыщение яркости

(рис. 4). Это необходимо иметь в виду, когда светодиод использу-

ется в импульсном режиме для получения больших выходных яркостей.

При постоянномтоке черезсветодиод его яркость с ростом

температуры уменьшается. Для красных GaP - светодиодов повышение

температуры по сравнению с комнатной на 205o0 уменьшает их яркость

примерно на 10%,а зелёных - на 6%. С ростом температуры сокра-

щается срок службы светодиодов.Так,если при 255o0C срок службы

хороших светодиодов достигает 100000 ч, то при 1005o0C он сокраща-

ется до 1000 ч.Также сокращается срок службы светодиода с уве-

личением его тока.Поэтому завышать ток по сравнению с его мак-

симально допустимым паспортным значением не рекомендуется.

- 13 -

Спектральный состав излучения светодиодов определяетсяма-

териалом,из которого они изготовлены, и легирующими примесями.

Сравнительные спектральные характеристики для основных материа-

лов приведены на рис. 5, а в табл. 2 даны основные параметры не-

которых промышленных типов светодиодов.

ш1

Таблица 2. Параметры некоторых типов светодиодов.

╔════════╤══════════╤═════════╤══════════════╤═════════════════╗

║ │ │ │Входные │ Выходные ║

║ │ │ │параметры │ параметры ║

║Тип │ Материал │ Цвет ├───────┬──────┼─────────┬───────╢

║ │ │7l0, нм│ │ │ P, мВт│ L4v0, ║

║ │ │ │ I, мА │ U, В │ ─────── │ кд/м520 ║

║ │ │ │ │ │ I4v0, мкд │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ красный │ │ │ │ ║

║ АЛ102А │ GaP │ ─────── │ 5 │ 3,2 │ ──── │ 5 ║

║ │ │ 700 │ │ │ │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ зелёный │ │ │ │ ║

║ АЛ102Д │ GaP │ ─────── │20 │ 2,8│──── │ 40 ║

║ │ │ 556 │ │ │ │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ жёлтый│ │ │ │ ║

║ FLV450 │ GaP │ ─────── │20 │ 2│ ──── │ ║

║ │ │ 570 │ │ │ 3,2 │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ зелёный │ │ │ │ ║

║ FLV350 │ GaP │ ─────── │20 │ 2│ ──── │ ║

║ │ │ 560 │ │ │ 3,2 │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ красный │ │ │ │ ║

║ FLV250 │ GaP │ ─────── │10 │ 2│ ──── │ ║

║ │ │ 700 │ │ │ 3 │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ красный │ │ │ │ ║

║ FK510│GaAsP │ ─────── │20 │ 1,6│──── │ ║

║ │ │ 660 │ │ │ 2 │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ красный │ │ │ │ ║

║ TIL210 │GaAsP │ ─────── │50 │ 1,8│ │ 2400║

║ │ │ 670 │ │ │ │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ красный │ │ │ │ ║

║ АЛ307А │GaAlAs│ ─────── │ 1 │ 2│ ──── │ ║

║ │ │ 700 │ │ │ 0,15 │ ║

╙────────┴──────────┴─────────┴───────┴──────┴─────────┴───────╜

- 14 -

╓────────┬──────────┬─────────┬───────┬──────┬─────────┬───────╖

║ │ │ красный │ │ │ │ ║

║ АЛ307Б │GaAlAs│ ─────── │ 1 │ 2│ ──── │ ║

║ │ │ 700 │ │ │ 0,6 │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ │ │ │ 6 │ ║

║ АЛ107А │ GaAs │ 920 │100 │ 2│ ──── │ ║

║ │ │ │ │ │ │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ │ │ │ 1 │ ║

║ ЗЛ103А │ GaAs │ 900 │50 │ 1,6│──── │ ║

║ │ │ │ │ │ │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ │ │ │ 2 │ ║

║ TIXL05 │ GaAs │ 900 │750 │ 1,8│──── │ ║

║ │ │ │ │ │ │ ║

╟────────┼──────────┼─────────┼───────┼──────┼─────────┼───────╢

║ │ │ │ │ │0,05 │ ║

║ TIL01│ GaAs │ 900 │ 50 │ 1,3│ ──── │ ║

║ │ │ │ │ │ │ ║

╚════════╧══════════╧═════════╧═══════╧══════╧═════════╧═══════╝

ш0

3. ДВУХЦВЕТНЫЕ СВЕТОДИОДЫ.

В рассмотренных до сих пор светодиодах дляполученияраз-

личного цвета излучения необходимо было использовать различные

полупроводниковые материалы.Однакоможно создатьмонолитные

структуры наоснове светодиодов,которыев зависимости от их

включения или соотношения токов в них будут излучать в различных

спектральных областях (рис. 6). Проще всего такие структуры реа-

лизуются на фосфиде галия,который в зависимости от введённых в

него примесей излучает зелёный, жёлтый, и красный цвет. Для это-

го на кристалле фосфида галия создают два pn-перехода, одиниз

которых излучает красный,а другой зелёный свет. При смешивании

обоих обоих цветов получается жёлтый цвет.

Используя три вывода от структуры, можно отдельно управлять

обеими полупроводниковыми системами.Когда обаосновныхцвета

(красный изелёный) излучаются одновременно,человеческий глаз

- 15 -

воспринимает результирующее излучение как жёлтый цвет. Точно так

же путём изменения величины тока, текущего через элементы свето-

диода, удаётся изменятьцветизлучения отжёлто-зелёногодо

красно-жёлтого оттенка. Одноцветные свечения - красное или зелё-

ное - находятся на краях цветовой шкалы.Когда требуетсяполу-

чить излучениеопределённогоцветового восприятия,лежащее в

данной цветовой области,необходимо перед кристаллом GaP распо-

ложить соответствующие фильтры,слабо поглощающие красные и зе-

лёные лучи.

Двухцветные светодиоды используются в качестве четырёхпози-

ционных (красный - жёлтый -зелёный- выключенноесостояние)

сигнализаторов. Онинаходят применение в многоцветных буквенных

и цифровых индикаторах,а также в цветоаналоговыхсигнализато-

рах. Например, в легковых автомобилях, используя соответствующую

электронику, с их помощью можноконтролировтьстепень зарядки

батареи аккумуляторов. При измерении скорости их можно использо-

вать в качестве оптических индикаторов скорости.

4. ИНДИКАТОРЫ НА СВЕТОДИОДАХ.

Для миниатюрных устройств отображения информации широко ис-

пользуются светодиодына основе арсенида-фосфида галия (GaAsP),

галия-алюминия-арсенида (GaAlAs),а также фосфида галия(GaP).

Все онивысвечивают в видимой области спектра,характиризуются

большой яркостью,большимбыстродействиеми большим сроком

службы.

Для изготовления светодиодов,цифровых ицифро-буквенных

дисплеевиз таких материалов используются технологические мето-

- 16 -

ды, широко применяемые в производстве интегральных схем. В зави-

симостиот размеров дисплеи на светодиодах изготовляются как по

монолитной,так и по гибридной технологии.В первомслучае это

интегральный блок светодиодов,выполненный на одном полупровод-

никовом кристалле.Так как размеры кристалла ограничены, то мо-

нолитные индикаторы - индикаторы малых размеров. Во втором слу-

чае излучающая часть индикатора представляет собой сборку диск-

ретных светодиодов на миниатюрной печатной плате. Гибридный ва-

риант является основным для для средних ибольшихсветодиодных

индикаторов.

Для светодиодных индикаторов разработаны истандартизованы

схемы управления и согласования на серийных интегральных схемах,

что упрощает их схемотехнику и расширяет области применения.

Размеры рабочего кристалла светодиода малы(4007&0400мкм).

Излучающий кристалл - это светящаяся точка.Для того же,чтобы

хорошо различать символы и цифры,их размеры не должны быть ме-

нее 3мм. Для увеличения масштаба светоизлучающего кристалла в

дисплее применяют линзы, рефлекторы, фоконы. Размеры знаков - от

3 до 1,5 мм и от 25 до 50 мм,что позволяет визуально контроли-

ровать изображение на расстоянии до 3 и 10 м соответственно.

Индикаторы насветодиодах изготовляются двух типов:сег-

ментные (цифровые) и матричные (универсальные).Семисегментный

индикатор позволяетвоспроизводитьвсе десять цифр (и точку) и

некоторые буквы.Матричный индикатор содержит77&05светодиодов

(светящихся точек) и позволяет воспроизводить все цифры, буквы и

знаки стандартного кода для обмена информацией.

Оба типа индикаторов могут выполняться как одноразрядными,

- 17 -

так и многоразрядными, что позволяет создавать на их основе сис-

темы отображения различной сложности.

- 18 -

Литература.

1. НососвЮ.Р. Оптоэлектроника.Физические основы,приборы и

устройства. М. 1978.

2. Мадьяри Б. Элементы оптоэлектроники и фотоэлектрической авто-

матики. М. 1979.

Оглавление.

1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ. 1

1.1. Предмет оптоэлектроники. 1

1.2. Генерация света. 3

1.3. Источники излучения. 5

2. СВЕТОДИОДЫ. 8

2.1. Конструкция светодиодов. 11

2.2. Свойства светодиодов. 12

3. ДВУХЦВЕТНЫЕ СВЕТОДИОДЫ. 14

4. ИНДИКАТОРЫ НА СВЕТОДИОДАХ. 15