Звичайно, це не єдиний варіант В«упаковкиВ» кристала.
В
Світлодіод має два виводу - анод і катод. На катоді розташований алюмінієвий параболічний рефлектор (відбивач). Зовні він виглядає, як чашеобразное поглиблення, на дно якого поміщений светоизлучающий кристал. Активний елемент - напівпровідниковий монокристал - в більшості сучасних світлодіодів використовується у вигляді кубика (Чіпа) розмірами 0,3 x0, 3x0, 25 мм, що містить р-n або гетероперехід і омічні контакти. Кристал з'єднаний з анодом за допомогою перемички із золотого дроту. Оптично прозорий полімерний корпус, який є одночасно фокусує лінзою разом з рефлектором, визначає кут випромінювання (діаграму спрямованості) світлодіода.
Що стосується яскравості світлодіода, те для неї далеко не байдужа і оптична прозорість n-області (надтонкі плівки напівпровідників цілком прозорі). Ну а колір (Частота) випромінювання, маючи чітку функціональну зв'язок з енергією що випускаються фотонів, залежить від матеріалів напівпровідникових р-п-переходів. Зокрема, чистий монокристал GaAs дає інфрачервоний промінь, невелика добавка А1 і/або Р змінює колір випромінювання на червоний. Зелене світло випускає GaP. Використання ж р-п-переходу на основі композиції AlInGaP дозволяє отримувати жовте або помаранчеве випромінювання.
Працюючи, одиночний світлодіод споживає дуже невелику енергію: при напрузі 2-4 В і струмі 10-30 мА електрична потужність варіюється від 20 до 120 мВт. При ККД в 5-25% у вигляді світла випромінюється 1-30 мВт (сила світла 1-30 кд). Для порівняння - мініатюрна лампа розжарювання працює при напрузі близько 12 В і струмі 50-100 мА.
На відміну від ламп розжарювання світлодіоди випромінюють світло у відносно вузькій смузі спектра, ширина якої становить 20-50 нм. Вони займають проміжне положення між лазерами, світло яких монохроматічен (випромінювання зі строго певною довжиною хвилі), і лампами різних типів, випромінювальних білий світ (суміш випромінювань різних спектрів). Іноді таке В«вузькосмуговеВ» випромінювання називають В«КвазімонохроматіческімВ». Як джерела В«кольоровогоВ» світла світлодіоди давно обігнали лампи розжарювання з світлофільтрами. Так, світлова віддача лампи розжарювання з червоним світлофільтром складає всього 3 лм/Вт, у той час як червоні світлодіоди сьогодні дають 30 лм/Вт і більше. Наприклад, новітні прилади Luxeon виробництва американської компанії Lumileds (спільне підприємство Agilent Technologies і Philips Lighting) забезпечують 50 лм/Вт для червоної і навіть 65 лм/Вт для оранжево-червоній частині спектра. Втім, і це не рекорд - для жовто-помаранчевих світлодіодів планка 100 лм/Вт вже взята.
Отримання блакитних світлодіодів
Довгий час розвиток світлодіодів стримувалося відсутністю приладів, що випромінюють в синьому діапазоні. Труднощі з виготовлення блакитних світлодіодів довелося долати В«всім світом В». Блакитні світлодіоди можна отримати на основі напівпровідників з великою шириною забороненої зони - карбіду кремнію, сполук елементів II і IV групи або нітридів елементів III групи (пам'ятаєте таблицю Менделєєва?).
У світлодіодів на основі SiC виявився занадто малий ККД і низький квантовий вихід випромінювання - тобто число випроменених квантів на одну рекомбинированного пару. У світлодіодів на основі твердих розчинів селеніду цинку ZnSe квантовий вихід був вище, але вони перегрівалися через великого опору і служили недовго. Залишалася надія на нітриди. Нітрид галію GaN плавиться при 2000 В° С, при цьому рівноважний тиск парів азоту становить 40 атмосфер; ясно, що ростити такі кристали непросто. Аналогічні з'єднання - нітрили алюмінію та індію - теж напівпровідники. Їх сполуки утворюють потрійні тверді розчини з шириною забороненої зони, яка залежить від складу, який можна підібрати так, щоб генерувати світло потрібної довжини хвилі, у тому числі і синій. Але виникли труднощі в синтезі і легуванні цих матеріалів (зазвичай їх отримують у вигляді епітаксійних плівок). Для вирощування плівок використовують два технологічних підходу: метод молекулярнолучевой епітаксії (МВЕ - Molecular Beam Epitaxy) в умовах надвисокого вакууму і метод осадження плівок з металоорганічних сполук (MOCVD - Metalorganic Chemical Vapor Deposition). Принципово важливо при цьому забезпечити збіг періодів кристалічних граток послідовних шарів з різним хімічним складом, щоб кордони між сусідніми шарами не містили дефектів і були різкими. Проблему не вдавалося вирішити до кінця 80-х років.
Першим, ще в 70-х роках, блакитний світлодіод на основі плівок нітриду галію на сапфіровою підкладці вдалося отримати професору Жаку Панкову (Якову Ісаєвичу Панчечнікову) з фірми IBM (США). Квантовий вихід був достатній для практики (частки%), але термін їх служби був обмежений. У р-області pn-переходу концентрація дірок була мала, і опір діодів виявилося занадто великим, вони досить швидко перегрівалися і виходили з ладу. Роботи Па...
