Материал: Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Оптоэлектронные микро- и наноструктуры». Свистова Т.В

3.Постоянное прямое напряжение Uпр - значение напряжения на светодиоде при протекании прямого тока.

4.Максимально допустимый постоянный прямой ток Iпр. макс. максимальное значение постоянного прямого тока, при котором обеспечивается заданная надежность при длительной работе диода.

5.Максимальное допустимое обратное постоянное напряжение Uобр макс - максимальное значение постоянного напряжения, приложенного к диоду, при котором обеспечивается заданная надежность при длительной работе.

6.Максимальное допустимое обратное импульсное напряжение Uобр и макс - максимальное пиковое значение обратного напряжения на светодиоде, включая как однократные выбросы, так и периодически повторяющиеся.

7.Максимум спектрального распределения мах - длина волны излучения, соответствующая максимуму спектральной характеристики излучения.

Косновным характеристикам светодиодов относятся:

-спектральная характеристика – это зависимость ин-

тенсивности светового потока (яркости или мощности, или силы света, или энергии) от длины волны. На рис. 3.1, а представлены спектральные характеристики, дающие зависимость относительной мощности от длины волны излучения, для светодиода из фосфида галлия (кривая 1) и фосфида арсенида галлия (кривая 2);

-яркостная характеристика - это зависимость ярко-

сти В от тока через р-n-переход, т.е. B = f(I), или зависимость силы света от прямого тока, Iv = f(I) - световая характеристика. Вид яркостной характеристики зависит от структуры p-n- перехода и области, в которой происходит преимущественная рекомбинация носителей заряда. При малых токах и, соответственно, малых напряжениях излучение отсутствует. Излучение возникает при напряжениях, соответствующих энергии излучаемого фотона, приблизительно равной ширине запре-

34

щенной зоны, то есть при U = Uпор (напряжению Uпор соответствует Iпор на рис. 3.1, б). Рост напряжения (тока) увеличивает число рекомбинирующих с излучением носителей, и яркость возрастает. При больших токах начинает сильно проявляться безизлучательная рекомбинация из-за заполнения ловушек, в результате уменьшается квантовый выход и наклон характеристики к оси абсцисс становится меньше;

Рис. 3.1. Спектральная (а) и яркостная (б) характеристики светодиодов

- вольт-амперная характеристика I = (U) – совпадает

свольт-амперной характеристикой обычного диода. Излучение диода так же характеризуется диаграммой

направленности, которая определяется конструкцией диода, наличием линзы, оптическими свойствами защищающего кристалл материала.

Порядок выполнения работы

1. Собрать лабораторный стенд по схеме, представленной на рис. 3.2

35

Рис. 3.2. Схема измерительной установки: БП - источник питания (ИПД-1), СД - светодиод, JI – люксметр

2. Произвести измерения зависимости освещенности Е площадки люксметра от тока I и напряжения U через светодиод красного цвета свечения до максимального значения I = 20 мА. Результаты измерений занести в таблицу.

Исследование характеристик светодиода

3. Построить вольт-амперную характеристику светодио-

да

4.Рассчитать значение силы света светодиода по форму-

ле: Iv = Е ∙ S/ , где S - площадь приемной площадки люксметра. Рассчитанные значения занести в таблицу.

5.Построить графики зависимости силы света светодиодов от рабочего тока (световые характеристики).

6.Повторить измерения для светодиода зеленого цвета свечения.

Контрольные вопросы

36

1.Электролюминесценция в р-n-переходах. Внутренний квантовый выход.

2.Зависимость генерируемого светодиодом светового потока от приложенного напряжения и температуры.

3.Спектральные характеристики и быстродействие светодиодов.

4.Потери на поглощение и отражение в инжекционных излучающих диодах.

5.Материалы и конструкции инжекционных излучающих диодов.

6.Применение инжекционных излучающих диодов.

37

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ЛАЗЕРА

Цель работы: изучить методики измерения основных параметров и характеристик полупроводникового лазера.

Используемое оборудование и материалы: лазерный диод типа DL-3147-021; фотодиоды ФД-263-01 и ФД-24К с фоточувствительным элементом круглой формы диаметром 10 мм, вольтметр, амперметр или мультиметр; установка для измерения характеристик и параметров лазера.

Теоретическая часть

Полупроводниковые лазеры составляют особую группу среди лазеров на основе твердого тела. Важнейшим преимуществом использования полупроводников в качестве активных сред лазеров является возможность прямого преобразования электрической энергии в энергию когерентного электромагнитного излучения. При этом теоретически возможно получение коэффициента полезного действия приборов этого типа, близкого к 100 %.

В отличие от других активных сред, используемых для создания лазеров, энергетический спектр полупроводника имеет широкие полосы разрешенных состояний электронов (зону проводимости и валентную зону), которые разделены запрещенной зоной. При этом состояния электронов в зоне проводимости и в валентной зоне описываются не локализованными волновыми функциями, а блоховскими функциями, «размазанными» в пространстве. Соответственно, каждый из электронов в кристалле нельзя рассматривать как принадлежащий отдельному атому. Поэтому условие инверсии, записанное в обычном виде (Nm > Nn при Em > En), для полупроводников неприемлемо.

38