Основы полупроводниковой электроники. Яровой Г.П - 74 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СГАУ | Самара

Составители: 

Рубрика: 

147
9.2. Преобразование электрической энергии
в световую
9.2.1. Светодиоды
При пропускании прямого тока концентрация неоснов-
ных носителей у границ p–n-перехода резко повышается и
становится значительно выше равновесной. К инжектирован-
ным неосновным носителям подтягиваются основные носи-
тели, и их концентрация у границ перехода становится также
выше равновесной. Диффундируя в глубь полупроводника,
неравновесные носители рекомбинируют, проникая в сред-
нем на расстояние диффузионной длины от слоя объемного
заряда p–n-перехода. Если при этом существенная доля актов
рекомбинации происходит с излучением света, то, создав ус-
ловия для выхода этого света наружу, полупроводниковый
диод можно использовать как источник излучения. Такой ди-
од называют светодиодом.
Средняя мощность излучения светодиода в непрерывном
режиме невелика – порядка нескольких милливатт. Увели-
чить ее за счет повышения прямого тока не удается из-за раз-
рыва p−n-перехода, резко снижающего внутреннюю эффек-
тивность. Однако такие мощности позволяют использовать
светодиоды для направленной оптической связи в пределах
прямой видимости. Перспективным является использование
светодиодов в качестве источников излучения в оптико-
волоконных линиях связи. Светодиоды используют также в
качестве малогабаритных световых индикаторов. В этом слу-
чае одним из основных параметров светодиода является его
яркость, как она воспринимается человеческим глазом.
Выбирая для светодиода полупроводник с различной
шириной запрещенной зоны, можно получить различные
цвета свечения диода.
148
9.2.2. Полупроводниковые лазеры
В лазерах – приборах для генерации монохроматического
узконаправленного светового излучения – используется явле-
ние вынужденного испускания света. Это явление состоит в
переходе электрона с верхнего энергетического уровня
n
E на
свободный нижний уровень
p
E под действием световой вол-
ны с частотой
(
)
hEE
pn
−=ν .
При этом освобождающаяся энергия
pn
EE − передается
вызвавшей переход световой волне, увеличивая ее амплиту-
ду. Происходит усиление света.
Если в среде электронами заселены как верхние, так и
нижние состояния, то усиление света будет преобладать над
его поглощением тогда, когда заселенность верхних уровней
выше, чем нижних (инверсная заселенность). В противном
случае свет будет поглощаться. В условиях теплового равно-
весия степень заселенности нижних энергетических состоя-
ний всегда выше, чем верхних, и такими системами свет все-
гда поглощается. Получить инверсную заселенность можно,
лишь выведя систему из теплового равновесия. Среду, в ко-
торой достигнута инверсная заселенность уровней, называют
активной.
В лазерах световая волна многократно проходит через ак-
тивную среду, отражаясь от зеркал. Если световая волна теря-
ет при отражении от зеркала меньше энергии, чем приобрета-
ет при прохождении через активную область, то ее интенсив-
ность будет непрерывно нарастать. Происходит лавинообраз-
ное увеличение интенсивности световой волны, возникает
генерация. Так как при каждом отражении часть света прохо-
дит сквозь зеркало, то с ростом интенсивности световой вол-
ны в активной среде растет и интенсивность света, выходя-
щего из лазера наружу.

Страницы