第四章发光与耦合器件.pptVIP

4、异质结激光器（1）单异质结激光器在GaAs的PN结上，用分子束外延和液相外延法得到GaAs-AlxGa1-xAs异质结。由于GaAs＆AlxGa1-xAs禁带宽度不同，因而在界面出形成了较高势垒，使从N-GaAs注入到P-GaAs中的电子在继续向P-AlxGa1-xAs扩散时受到阻碍，同没有这种势垒存在时比较，P-GaAs层内的电子浓度增加，辐射复合的几率也提高了。再者，P型铝镓砷对来自P型GaAs的发光吸收系数小，损耗也较小。由于铝镓砷的折射率较砷化镓低，因而限制了管座进入铝镓砷区，使光受到反射面局限在P-GaAs区内，从而少了周围非受激区对光的吸收。由于电子＆光子在异质结面上都受到了限制，减小了损耗，因而降低了阈值。其结构图＆能带图如下：第30页，共44页，星期日，2025年，2月5日P-AlxGa1-xAsP-GaAsN-GaAs异质结PN结结构图··················电子空穴N-GaAsP-GaAsP-AlxGa1-xAs2ev1.5ev能带图单异质结激光器分布反转区低温下阈值电流密度与同质结差不多，大约为8000A/cm2，但在温度变化下，阈值随温度变化小，在室温下实现脉冲振荡。第31页，共44页，星期日，2025年，2月5日第1页，共44页，星期日，2025年，2月5日一、发光二极管的结构与工作原理1、ELED（侧面发光型）的结构（Flash演示）2、ELED的工作原理当PN结加上正向电压时，结区势垒降低，P区的空穴载流子p向N区扩散，N区的电子n向P区扩散，p与n在PN结区相遇复合释放能量而发光。3、SLED（正面发光型）的结构（Flash演示）出射光束时朗伯型，平行于PN结结平面的方向光束发散角为1200，垂直于结平面的方向，光束发散角为300。第2页，共44页，星期日，2025年，2月5日3、制作材料（1）直接带（直接跃迁）材料：GaAs、GaN、ZnSe等。（2）间接带（间接跃迁）材料：GaP（3）混晶：GaAs1-xPx，禁带宽，掺杂不同材料，可发出不同颜色的光。4、特点体积小，耐冲击，寿命长，功耗低，响应快，可靠性高，颜色鲜明＆易与集成电路匹配等。第3页，共44页，星期日，2025年，2月5日二、特性参数（一）效率（1）用于非显示功率效率：输入的电功率转换成辐射的功率的效率。光学效率：外量子效率与内量子效率的比。第4页，共44页，星期日，2025年，2月5日量子效率：注入载流子复合而产生的光量子效率，可分为内量子效率＆外量子效率。内量子效率：辐射复合所产生的光子数与激发时注入的电子空穴对数之比。外量子效率：射出光子数与注入电子空穴对数之比。（2）用于显示照明效率：辐射功率转换成光通量的效率。流明效率：消耗单位功率所得到的光通量。第5页，共44页，星期日，2025年，2月5日（2）发光光谱（发光的相对强度随波长变化的分布曲线，它直接决定发光二极管的发光颜色，并影响其流明效率）相对强度波长GaAs0.6P0.4GaP描述光谱分布的两个主要参量是峰值波长和半强度宽度。发光二极管的峰值波长是由材料的禁带宽度决定的。当GaAs1-xPx的x值不同时，峰值波长在620～680nm之间变化，谱线半宽度大约为20～30nm，GaP发红光的峰值波长在700nm附近，半宽度大约为100nm。第6页，共44页，星期日，2025年，2月5日（三）出光特性（Flash演示）（四）伏安特性电压电流复合因子第7页，共44页，星期日，2025年，2月5日（五）发光亮度与电流的关系GaP(红色)GaP(绿色)GaAs1-xPxGa1-xAlxAs光强电流强度第8页，共44页，星期日，2025年，2月5日（六）寿命发光二极管的亮度降低到原有亮度一半时所经历的时间。一般可达十万个小时。随着工作时间的加长，亮度下降的现象叫老化。它与工作电流密度有关，随着电流密度的加大，老化变快，寿命变短。（七）响应时间标志器件对信息反应速度的物理量。即指器件启亮与熄灭时间的延迟。发光二极管的响应时间一般很短。第9页，共44页，星期日，2025年，2月5日三、应用1、数字、文字以及图像显示七段式数码管文字显示器的内部接线14划字码管第10页，共44页，星期日，2025年，2月5日2、指示、照明单个发光二极管可在仪器指示灯，示波器标尺，收音机刻度及钟表中的文字照明等。目前已有双色、多色甚至变色的单个发光二极管。3、光源多用于光纤通信与光纤传感器中。4、光电开关、报警、遥控＆耦合第11页，共44页，星期日，2025年，2月