Материал: 6_Оптоэлектронные полупроводниквые приборы
ФИЗИКА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ
Тема 6. Оптоэлектронные полупроводниковые приборы
Смирнов В.И.
кафедра ПиТЭС, УлГТУ
6.1 |
Оптоэлектронные полупроводниковые приборы |
Оптоэлектронные полупроводниковые приборы подразделяются на оптические излучатели, фотоприемники и оптроны.
К полупроводниковым излучателям относятся:
-светодиоды (источники некогерентного излучения);
-полупроводниковые лазеры, генерирующие когерентное излучение. К фотоприемникам, преобразующих энергию света в электрический
ток или детектирующих оптический сигнал, относятся:
-фоторезисторы;
-фотодиоды;
-фототранзисторы;
-фотоэлементы и солнечные батареи, состоящие из множества фотоэлементов, преобразующих энергию Солнца в электроэнергию.
-К оптронам (оптопарам), предназначенным для гальванической развязки силовых электрических цепей от цепей управления, относятся:
-опторезисторы;
-оптодиоды;
-оптотранзисторы;
-оптотиристоры.
6.2 |
Полупроводниковые светодиоды |
Зонная диаграмма p-n перехода при прямом смещении
Рекомбинации электронов и дырок сопровождается испусканием светового кванта (фотона), энергия которого примерно равна ширине запрещенной
зоны Eg= (ЕC-ЕV).
Возможна и безызлучательная рекомбинация, которая происходит с участием дефектов структуры и примесных атомов и сопровождается передачей энергии тепловым колебаниям кристаллической решетки.
Эффективность излучения светодиода зависит от соотношения вероятностей излучательной и безизлучательной рекомбинаций.
Вероятность излучательной рекомбинации пропорциональна концентрации электронно-дырочных пар, поэтому надо уменьшать толщину активной области, в которой происходит рекомбинация. Но в обычных
p-n переходах эта толщина не может быть меньше диффузионной длины.
6.3 |
Полупроводниковые светодиоды |
Зонная диаграмма гетероструктуры типа InGaN/AlGaN/GaN при U > 0
Особенностью такой двойной гетероструктуры (ДГС) является наличие тонкого слоя узкозонного полупроводника, окруженного с двух сторон слоями широкозонного полупроводника.
Это позволяет локализовать носители в слое узкозонного полупроводника и получить, тем самым, высокую концентрацию электронно-дырочных пар.
Варьируя долю атомов In в твердом растворе InGaN, можно в широком диапазоне изменять значение его Eg, что позволяет перекрыть спектральный диапазон излучения светодиода от 240 до 620 нм.
Слой InGaN не легируют, поэтому внутренний квантовый выход ≈ 100%. Фотоны из активной области выходят наружу через широкозонный
полупроводник, поэтому велик и внешний квантовый выхлд.
Конструкция светодиода