Принцип работы светодиода

СИД представляет собой кристалл полупроводника с p-n переходом (рисунок 3.2), протекание электрического тока через который вызывает интенсивное спонтанное излучение. Принцип работы полупроводникового СИД основан на возбуждении атомов, проходящих через диод, электрическим током.

Рисунок 3.2 – Светоизлучающий диод

Вследствие подачи прямого напряжения на СИД носители заряда (электроны и дырки) проникают в активный слой из прилегающих пассивных слоёв (p и n слоя), а затем испытывают спонтанную рекомбинацию, сопровождающуюся излучением света. При рекомбинации электронов и дырок в активном слое электроны переходят из нижних уровней зоны проводимости на верхние уровни валентной зоны. Возвращение электронов в основное состояние сопровождается излучением фотонов света с частотой:

f = (E₂-E₁)/h, (3.1)

где E₁ – энергия основного энергетического уровня в валентной зоне; E₂ – энергия энергетического уровня в зоне проводимости; h – постоянная Планка

(h = Дж•с). Частота излучения:

; (3.2)

где с – скорость света (с = м/с), поэтому длина волны излучения: определяется с помощью формулы 3.3, называемой частотное условие Бора:

. (3.3)

Таким образом, частота излучения (длина волны) зависит от материала, из которого изготовлен активный слой СИД, так как каждое вещество характеризуется своей шириной запрещённой зоны ΔW.= E₂-E_1. Внесение в полупроводник некоторых примесей позволяет получить свечение различного света. Например, красный цвет свечения имеют СИД из тройного соединения GaAsP, зелёный цвет свечения – у СИД из фосфида галлия GaP.

В ВОСП в качестве источников излучения применяют СИД и лазерные диоды инфракрасного излучения. Устройства на основе арсенида галлия с добавлением алюминия (GaAlAs) излучают свет длинной 0,8-0,9 мкм (1 ОП). Устройства на основе арсенида фосфида индия-галия (InGaAsP) излучают свет длинной 1,0-1,6 мкм (2 и 3 ОП).

Таблица 3.1–Материалы, используемые для изготовления СИД