Светодиоды

Излучающим называют полупроводниковый прибор, предназначенный для непосредственного преобразования элект­рической (или световой) энергии в энергию светового излучения. Излучающие полупроводниковые приборы подразделяются на четыре группы: светоизлучающие диоды, лазеры, электролюминесцентные порошковые и пленочные излучатели.

Наиболее характерным представителем излучающих полупроводниковых приборов является светоизлучающий диод (СИД), который преобразует электрическую энергию в энергию светового излучения. Если ЭДП светоизлучающего диода включить в прямом направлении, то в результате инжекции подвижных носителей заряда начнется их интенсивная рекомбинация в прилегающих к ЭДП областях полупроводника и в самом ЭДП. При рекомбинации происходит переход электронов с более высоких энергетических уровней, лежащих в зоне проводимости, на более низкие, расположенные в валентной зоне. Этот переход сопровождается выделением части энергии в виде тепла (фононная рекомбинация) или электромагнитного излучения (фотонная рекомбинация). В СИД используется фотонная ре-комбинация, которая является преобладающей в полупроводниках из арсенида (GaAs) и фосфида (GaP) галлия, карбида кремния (SiC) и сопровождается излучением видимого света в диапазоне от красного до голубого (рис.27). Цвет свечения зависит от материала примесей. Так, например, введение примесей из оксида цинка ZnO обеспечивает получение крас­ного свечения, из азота N — зеленое, из ZпО и N —желтое и оранжевое и т. д.

Яркость свечения СИД зависит от числа зарядов, инжектированных ЭДП. При этом сила тока, протекающего через переход, для получения нормальной яркости составляет не менее 30 мА/см2. С целью увеличения КПД СИД поверхность ЭДП выполняют в виде полусферы (рис.27, а). Перспективным является создание СИД с перестраиваемым цветом свечения. Для этого в одном кристалле полупроводника создаются два ЭДП (рис.27, б), образованных различными примесями. Один ЭДП создает излучение зеленого цвета, а другой — красного. Принципиальная схема такого СИД приведена на рис. 27, в. Он имеет три вывода, что позволяет пропускать через каждый ЭДП различные токи. Изменяя токи переходов, можно изменять цвет свечения от желто-зеленого до красно-желтого оттенка, а также получать чистые зеленый и красный цвета. Примером такого СИД является диод АЛС331А (ЗЛС331), у которого токи переходов могут изменяться до 20 мА.

Широкое применение получили матрицы СИД, позволяющие воспроизводить различные символы — буквы, цифры (цифро-знаковые индикаторы ЦЗИ) и др. Внешний вид ЦЗИ из семи светоизлучающих сегментов показан на рис.28. Они изготавливаются в виде монолитных матриц или гибридных ИМС на керамической подложке.

Основными параметрами СИД являются: цвет свечения, прямой ток Iпр, прямое напряжение Uпр и яркость свечения В.

Рис.28. Внешний вид цифро-знакового индикатора

Например, светоизлучающий диод АЛ 112В красного цвета свечения имеет: Iпр = 10 мА; Uпр = 2 В; В = 250 кд/м2.

Полупроводниковые ЦЗИ применяются в устройствах отображения аналоговой и цифровой информации в микрокалькуляторах, электронных наручных часах и других устройствах