第6章节发光器件与光电耦合器件上.pptVIP

第6章 发光器件与光电耦合器件;光源 ;由某原因激励到高能级的粒子，没有外刺激的情况下，自己跃迁到低能级，发出光的现象;光源;太阳是一个理想的黑体;白炽灯利用热辐射发出可见光的电光源。 ;利用气体放电原理制成的光源称为气体放电光源。;Date;1907年首次发现半导体二极管在正向偏置的情况下发光。 1923年，由Losev在产生p-n结的SiC中发现注入式电致发光 60年代末，LED得到迅速发展 1964年，Gvimmeiss和Scholz以GaP间接带材料隙得到橙、黄、绿的LED 70年代末，人们开始用发光二极管作为数码显示器和图像显示器。 80年代，蓝光的LED研制出来，用宽带隙n型或半绝缘的GaN、ZnS或ZnSe上形成肖特基势垒形成; 发光二极管（即LED）是一种注入电致发光器件，它由P型和 N型半导体组合而成。其发光机理常分为PN结注入发光与异质结注入发光两种。 ;制作半导体发光二极管的材料是重掺杂的，热平衡状态下的N区很多自由电子，P区有很多多空穴。由于PN结阻挡层的限制，在常态下，二者不能自然复合。当加以正向电压时，N区导带中的电子可越过PN结的势垒进入P区。P区的空穴也向N区扩散，于是电子与空穴有机会相遇，复合发光。由于空穴迁移率低于自由电子，则复合发光主要发生在p区。这属于自发辐射，是非相干光。 光的颜色（波长）决定于材料禁带宽度Eg，光的强弱与电流有关 ; 为了提高载流子注入效率，可以采用异质结。由于p区和n区的禁带宽度不相等，当加上正向电压时两个势垒均减小，但P区的势垒减小多，两区的价带几乎相同，空穴就不断向n区扩散。对n区电子，势垒仍然较高，不能注入p区。这样，禁带宽的p区成为注入源，禁带窄的n区成为载流子复合发光的发光区。由于n区所发射的光子能量hv比EG2 小得多，它进入p区不会引起本征吸收而直接透射出去。;为了进一步提高载流子注入效率，常常采用双异质结(DH)注入。;6.1.2 基本结构 ;图6-4所示为波长1.3μm的双异质结InGaAsP／InP边发光型LED的结构。它的核心部分是一个N型AIGaAs有源层，及其两边的P型AIGaAs和N型AIGaAs导光层(限制层)。导光层的折射率比有源层低，比周围其他材料的折射率高，从而构成以有源层为芯层的光波导，有??层产生的光辐射从其端面射出。;6.1.3 LED的特性参数 ;Date;Date; 发光二极管发射的光通量与输人电能之比表示发光效率，单位lm/W；也有把光强度与注入电流之比称为发光效率，单位为cd／A（坎/安）。;光子通过半导体有一部分被吸收，有一部分到达界面后因高折射率（折射系统的折射系数约为3～4）产生全反射而返回晶体内部后被吸收，只有一部分发射出去。;辐射复合 辐射复合可直接由带间电子和空穴复合产生，也可通过由晶体自身的缺陷掺入的杂质和杂质的聚合物所形成的中间能级来产生；这些缺陷或杂质就叫做发光中心。主要有六种复合形式：带间辐射复合、浅能级和主带之间的复合、施主-受主对（D-A对）复合、深能级间的复合、激子复合及等电子陷阱复合。 带间复合是指导带中的电子直接与价带中空穴复合，产生的光子能量易接近等于半导体材料的禁带宽度。 非辐射复合 非辐射复合的本质就是将电子和空穴复合释放的能量转变为热能，一般有：俄歇复合、无辐射复合中心复合、多声子复合等。俄歇复合指电子与空穴复合时，另一个电子(或空穴)获得能量跃迁到更高的能量状态的过程。获得更高能态的载流子与晶格反复碰撞后失去能量。 ;发光二极管的响应时间取决于注入载流子非发光复合的寿命和发光能级上跃迁的几率。 ; 发光二极管的发光亮度L是单位面积发光强度的量度。在辐射发光发生在P区的情况下，发光亮度L与电子扩散电流idn之间的关系为 ; 在低工作电流下，发光二极管发光效率随电流的增加而明显增加，但电流增加到一定值时，发光效率不再增加；相反，发光效率随工作电流的继续增加而降低。因此，最大工作电流密度应低于最大发射效率的电流密度值。若发光二极管的最大容许功耗为Pmax，则发光管最大容许的工作电流为; 发光二极管与普通二极管的伏安特性大致相同。电压小于开启点的电压值时无电流，电压一超过开启点就显示出欧姆导通特性。这时正向电流与电压的关系为 ; 发光二极管的寿命定义为亮度降低到原有亮度一半时所经历的时间。二极管的寿命一般都很长，在电流密度小于lA/cm2时，一般可达106h，最长可达109h。随着工作时间的加长，亮度下降的现象叫老化。电流密度大，老化快。 ;8.光强分布;6.1.4 驱动电路 ;Date;1、?LED辐射光为非相干光，光谱较宽，发散角较大。 2、?LED的发光颜色丰富，通过选用不同的材料，可以实现各种发光颜色。如采用