Физическая энциклопедия

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.Главный редактор А. М. Прохоров.1983.

СВЕТОДИОД
- полупроводниковый диод, излучающий свет припропускании тока черезр - п-переходв прямом направлении. Физ. процессыинжекциинеосновных носителейзаряда в активную областьр -га-структуры и излучат. рекомбинацииинжектиров. носителей (см.Рекомбинацияносителей заряда).

С. включает в себя активный элемент из полупроводникового монокристалла, р -re-переход илигетеропереходи 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 двумяр -n-переходами, излучающими в двух спектральных полосах. Интегральная схема, Микроэлектроника). С. могут иметь усложнённуюконструкцию, повышающую эффективность ввода излучения в волокно, если онипредназначены для использования в спец. целях, напр. в волоконно-оптич. Волоконная оптика).

С. характеризуются высокой яркостью (тыс. кд/м2), силой света(до десятков кд), силой излучения (сотни мВт/ср), внеш.квантовым выходомизлучения(до 50%), широким спектральным диапазоном (7-0,35 мкм), высоким быстродействием (до единиц не), совместимостью повходным характеристикам с транзисторными микросхемами, а по спектру излученияС. ИК-диапазона - с фотоприёмниками на основекремния,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 зарядаиударнаяионизация.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 легированияп-и р-областей. В двойных гетероструктурах(ДГ) вследствие эффекта электронного ограничения (см.Гетероструктура)повышаетсяконцентрация носителей в активной области структуры. Если толщина активнойобластиd<L,гдеL -диффузионная длина инжекторов, концентрация носителей вL/dраз превышает концентрациюв гомоструктуре при том же уровне возбуждения. Применение ДГ позволяетповысить внеш. квантовый выход излучения (hвн) при малых токахнакачки. Ударная ионизация имеет место при обратном смещениир - 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 растворахприх< 0,4,прих <0,35 и др.), в к-рых абс. минимум зоны проводимости находитсяпри том же значенииквазиимпульса,что и максимум валентной зоны. Еgпо примерномусоотношению .Полное число излучат. переходовRв единице объема пропорц. концентрациямэлектронов (n) и дырок (р)в активной области:R=Вrпр,гдеВr-коэф. рекомбинации, равный для прямозонных полупроводников~10-10см3/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 ~104см"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 распределенииплотности состоянийпоявляютсяучастки при энергиях ниже зоны проводимости и выше валентной зоны - т. наглубину потенциальных ям , и поэтому слабо поглощаются в кристалле .Одновременно эти переходы имеют высокую инерционность (быстродействие С. плотность состояний на дне потенциальных яммала. В связи с низким коэф. поглощения внеш. квантовый вход излучениядля приборов с полусферич. кристаллом достигает

В непрямозонных полупроводниках (GaP, GaAs1-xPxпри<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 связанныйэкситон.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, электрон короткодействующимисилами. После захвата электрона дырка притягивается к заряж. центру кулоновскимисилами и реализуется излучат. переход. Этот экситонный излучат. переходобусловливает бесфононную линиюАи её фононные повторения в спектреизлучения.

В непрямозонных полупроводниках наблюдается также эфф. донорно-акцепторнаярекомбинация, при к-рой носители захватываются на свои примесные центры, акцептор в акте излучат. рекомбинации. 480 нм) и фиолетового (423 нм) свечения.

Для осуществления прямых переходов при большей ширине запрещённой зоны, растворы прямозонных бинарных соединений с малой и непрямозонных бинарных соединений с большой .Примером такого соединения является , для к-рого Г-минимум прямых переходов расположен ниже X-минимума непрямыхпереходов (см.Зонная теория)в значительной области составов. Твёрдыерастворы и сохраняютпреим. прямые переходы до анергий, соответствующих красному цвету свечения, твёрдые растворы и - до энергий, В целях расширения спектрального диапазона излучения применяют такжечетверные соединения с изовалентным замещением одновременно элементов IIIи V групп периодической системы элементов. Примером является соединение , позволяющее получить излучение в важном для ВОЛС диапазоне длин волн:равна 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.

Рис. 1. Минимумы зоны проводимости GaAS1-xРxдляпрямого (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 .Эти гетероструктуры (рис. 2) называют фотоэлектролюминесцентными (ФЭЛ-структурами).

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, 1-xAlxAsне наблюдается в связи с тем, что поглощение происходит с переизлучением, вн. Так, в С. на основе МДГ Ga1-xAlxAs(рис. 3) достигнут = 21% в красной области спектра и 38% в ИК-диапазоне.

Для снижения потерь света наполное внутреннее отражениена границеполупроводника с окружающей средой применяют следующие меры. 1) Выполняюткристалл в виде полусферы или усечённой сферы (сферы Вейерштрасса); в этомслучае размерр -n-перехода существенно меньше диаметра полусферы;2) помещают кристалл в среду с показателем преломления nвозд< n < nпдля 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, поверхность, улучшающуюусловия вывода излучения для лучей, падающих на границу раздела под углом,

Рис. 4. Типичные спектры излучения светодиодов.

Характеристики светодиодов

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

Быстродействие излучающих диодов или предельная частота модуляции излученияограничивается временем жизни неосновных носителей:
где - мощность излучения на частотеw,Р0-мощностьнемодулиров. излучения, -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 светодиодаоснована на использовании эпитаксиальныхметодов: жидкостнойэпитаксии,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,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.Главный редактор А. М. Прохоров.1988.


Синонимы:
диод


  1. светодиод—Начальная форма Светодиод винительный падеж единственное число мужской род неодушевленное...Морфологический разбор существительных
  2. светодиод—СВЕТОДИОДstrong СИД ПОЛУПРОВОДНИКОВОЕ устройство производящее свет. СИД состоит из плоскостного рn ДИОДА который испускает свет когда электроны и дырки в полупроводниково...Научно-технический энциклопедический словарь
  3. светодиод—жарыдиод...Орысша-қазақша «Электроника, радиотехника және байланыс» терминологиялық сөздік
  4. светодиод—.Светодиод источник света основанный на испускании некогерентного излучения в видимом диапазоне длин волн при пропускании электрического тока через полупроводниковый диод...Официальная терминология
  5. светодиод—diode mettrice [ luminescence]...Политехнический русско-французский словарь
  6. светодиод—м.light emitting diode...Русско-английский автомобильный словарь
  7. светодиод—светодиод м.ulightemitting diode LEDСинонимы диод...Русско-английский политехнический словарь
  8. светодиод—м.lightemitting diode LED светодиод на двойной гетероструктуре...Русско-английский словарь по физике
  9. светодиод—m Light Emitting Diode...Русско-английский словарь стекольной промышленности
  10. светодиод—LED light diode ampLTengin.ampGT lightemitting diodeСинонимы диод...Русско-английский технический словарь
  11. светодиод—LED light diode...Русско-английский толковый словарь терминов по информатике
  12. светодиод—святлодыд да светодиод инфракрасного свечения светодиод красного свечения...Русско-белорусский словарь математических, физических и технических терминов
  13. светодиод—святлодыд да...Русско-белорусский физико-математический словарь
  14. светодиод—м. diodo m luminoso LED...Русско-итальянский политехнический словарь
  15. светодиод—Синонимы диод...Русско-китайский словарь
  16. светодиод—мLeuchtdiode fem Lumineszenzdiode fem Lichtemissionsdiode fem...Русско-немецкий словарь стекольной промышленности
  17. светодиод—LED dioda luminiscenn dioda svtc dioda svteln dioda...Русско-чешский словарь
  18. светодиод—светодиод диод...Слитно или раздельно? Орфографический словарь-справочник
  19. светодиод—светодиод сущ. колво синонимов диод Словарь синонимов ASIS.В.Н. Тришин. . Синонимы диод...Словарь синонимов II
  20. светодиод—Отво Отвес Ост Осот Осоед Осов Овод Овист Овес Истод Иов Идо Дот Досев Дод Довод Довести Отвод Отсев Свед Светодиод Свод Сев Седи Дит Седов Дист Диод Диво Див Деист Дед С...Электронный словарь анаграмм русского языка
  21. светодиод—Термин светодиодdd Термин на английском light emitting diodedd Синонимы dd Аббревиатуры LEDdd Связанные термины гетероструктура полупроводниковая органический светодиод п...Энциклопедический словарь нанотехнологий