Мир светодиодов. Теория светодиодов. - вниз новости
Рис. 1. Световая отдача различных типов светодиодов в сравнении с другими источниками света
Вторая половина XX века принесла человечеству ряд выдающихся открытий в физике полупроводников, кардинально изменивших жизнь и деятельность людей. Изобретение транзистора, последовавшее за этим создание компьютера и дальнейшее бурное развитие полупроводниковой электроники, вычислительной техники и информационных технологий оказало громадное влияние на все без исключения области человеческой деятельности.
В последние годы мы стали свидетелями взрывного развития еще одной области техники, основанной на физике полупроводников, – оптоэлектроники. Прежде всего это проявляется в стремительном совершенствовании
светодиодов – замечательных полупроводниковых источников света, которые с высокой вероятностью в ближайшем будущем преобразят мир искусственного освещения.
Светодиоды , или светоизлучающие диоды (в английском варианте LED – light emitting diodes) хорошо известны каждому как миниатюрные индикаторы (обычно красного или зеленого цвета), применяемые в аудио– и видеоаппаратуре и в бытовой технике. Чтобы понять, почему этим маленьким "огонькам" пророчат большое будущее, рассмотрим подробнее их устройство, характеристики, принципы работы и историю создания и развития.
Прежде всего, светодиод – это полупроводниковый диод, то есть по сути дела p-n-переход. Напомним, что p-n-переход – это "кирпичик" полупроводниковой электронной техники, представляющий соединенные вместе два куска полупроводника с разными типами проводимости (один с избытком электронов – "n-тип", второй с избытком дырок – "p-тип"). Если к p-nпереходу приложить "прямое смещение", т. е. подсоединить источник электрического тока плюсом к p-части, то через него потечет ток. Современные технологии позволяют создавать интегральные схемы, содержащие огромное количество p-n переходов на одном кристалле; так, в процессоре Pentium-IV их количество измеряется десятками миллионов.
Нас интересует то, что происходит после того, как через прямо смещенный p-n переход пошел ток, а именно момент рекомбинации носителей электрического заряда – электронов и дырок, когда имеющие отрицательный заряд электроны "находят пристанище" в положительно заряженных ионах кристаллической решетки полупроводника. Оказывается, что такая рекомбинация может быть излучательной, при этом в момент встречи электрона и дырки выделяется энергия в виде излучения кванта света – фотона. В случае безызлучательной рекомбинации энергия расходуется на нагрев вещества. В природе существует как минимум 5 видов излучательной рекомбинации носителей зарядов, в том числе так называемая прямозонная рекомбинация. Впервые это явление в далекие 20-е годы исследовал О. В. Лосев, наблюдавший свечение кристаллов карборунда (карбид кремния SiC). Для большинства полупроводниковых диодов это явление – просто "побочный эффект", не имеющий практического смысла. Для
светодиодов же излучательная рекомбинация – физическая основа их работы.
Первые имеющие промышленное значение
Светодиоды были созданы на основе структур GaAsP/GaP Ником Холоньяком (США). Помимо них в 60-е годы были созданы
Светодиоды из GaP c красным и желто-зеленым свечением. Внешний квантовый выход (отношение числа излученных светодиодом фотонов к общему числу перенесенных через p-n-переход элементарных зарядов) был не более 0,1%. Длина волны излучения этих приборов находилась в пределах 500-600 нм - области наивысшей чувствительности человеческого глаза, - поэтому яркость их желто-зеленого излучения была достаточной для целей индикации. Световая отдача
светодиодов при этом составляла приблизительно 1-2 Лм/Вт.
Источник: Журнал «Иллюминатор»
