ейки. Тобто мав справу не з чим іншим, як з прототипом напівпровідникового приладу, названого згодом світлодіодом. Весь світ заговорив про В«ефект ЛосєваВ», на практичне застосування якого винахідник встиг отримати (до своєї загибелі на війні в 1942 р.) чотири патенти.
З 1951 року центр з розробці В«напівпровідникових лампочокВ», діючих на основі В«ефекту Лосєва В», перемістився в Америку, де його очолив К. Леховец (США). У дослідженні проблем, пов'язаних зі світлодіодами, взяв найсерйознішу участь і В«батько транзисторівВ» фізик В. Шоклі.
Незабаром з'ясувалося, що германій (Ge) і кремній (Si), на основі яких робляться напівпровідникові тріоди (транзистори), безперспективні для світлодіодів через занадто великий В«Роботи виходуВ» і, відповідно, слабкого випускання фотонів на р-п-переході. Успіх же супроводжував монокристали зі складних композитних напівпровідників: сполук галію (Ga), Арсенікум (миш'яку - As), фосфору (Р), індію (In), алюмінію (Al), інших елементів періодичної системи Менделєєва.
Однак реалізовані на практиці ці ідеї були лише в 60-70-ті роки, після виявлення ефективної люмінесценції напівпровідникових сполук типу (GaP) і арсеніду (GaAs) галію та їх твердих розчинів. У підсумку на їх основі були створені світлодіоди і таким чином закладений фундамент нової галузі техніки - оптоелектроніки.
Перші мають промислове значення світлодіоди були створені в 60-і роки на основі структур GaAsP/GaP Ніком Холоньяк (США) c червоним і жовто-зеленим світінням. Зовнішній квантовий вихід був не більше 0,1%. Довжина хвилі випромінювання цих приладів перебувала в межах 500-600 нм - області найвищою чутливості людського ока, - тому яскравість їх жовто-зеленого випромінювання була достатньою для цілей індикації. Світлова віддача світлодіодів при цьому становила приблизно 1-2 лм/Вт.
Терміни, що використовуються для характеристики світлодіодів
Квантовий вихід - це число випроменених квантів світла на одну рекомбинированного електронно-дірковий пару. Розрізняють внутрішній і зовнішній квантовий вихід. Внутрішній - у самому pn-перехід, зовнішній - для приладу в цілому (адже світло може втрачатися В«по дорозі В»- поглинатися, розсіюватися). Внутрішній квантовий вихід для В«хорошихВ» кристалів з потужним тепло-відводом досягає майже 100%, рекорд зовнішнього квантового виходу для червоних світлодіодів складає 55%, а для синіх - 35%.
Зовнішній квантовий вихід - одна з основних характеристик ефективності світлодіода.
Світловіддача - кількість випромінюваних люменів на одиницю споживаної потужності люмен/ват (лм/Вт). Цей параметр показує, скільки енергії, що надходить на світлодіод перетворюється на світло, а скільки в тепло. Чим вище цей параметр, тим краще. p> Світловий потік - величина, що характеризує кількість випромінюваного (поглинається або відбитого) світла. Світловий потік являє собою потужність випромінювання, оцінену з позиції його впливу на зоровий апарат людини. Одиниця світлового потоку - люмен (лм).
Як влаштований і працює світлодіод?
Насамперед, світлодіод - напівпровідниковий прилад з електронно-дірковий pn-переходом або контактом В«Метал - напівпровідникВ», що генерує (при проходженні через нього електричного струму) оптичне (видиме) випромінювання. Нагадаємо, що p-n-перехід - Це В«цеглинкаВ» напівпровідникової електронної техніки, що представляє з'єднані разом два шматки напівпровідника з різними типами провідності (один з надлишком електронів - В«n-типВ», другий з надлишком дірок - В«p-типВ»). Якщо до pn-переходу прикласти В«прямий зсувВ», тобто під'єднати джерело електричного струму плюсом до p-частини, то через нього потече струм.
Нас цікавить те, що відбувається після того, як через прямо зміщений pn-перехід пішов струм, а саме момент рекомбінації (з'єднання) носіїв електричного заряду - електронів і дірок, коли мають негативний заряд електрони В«знаходять пристанище В»в позитивно заряджених іонах кристалічної решітки напівпровідника. Виявляється, що така рекомбінація може бути випромінювальної, при цьому в момент зустрічі електрона і дірки виділяється енергія у вигляді випромінювання кванта світла - фотона.
Але не всякий p-n-перехід випромінює світло. Чому? По-перше, ширина забороненої зони в активній області світлодіода повинна бути близька до енергії квантів світла видимого діапазону. По-друге, ймовірність випромінювання при рекомбінації електронно-доручених пар повинна бути високою, для чого напівпровідниковий кристал повинен містити мало дефектів, через які рекомбінація відбувається без випромінювання. Ці умови в тій чи іншій мірі суперечать один одному.
Реально, щоб дотримати обидві умови, одного р-n переходу в кристалі виявляється недостатньо і доводиться виготовляти багатошарові напівпровідникові структури, так звані гетероструктури. p> Найпоширеніша конструкція світлодіоди - традиційний 5-міліметровий корпус (рис. 1). ...
