Спонтанное и вынужденное излучения

Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом связано с внутренними энергетическими переходами атомных частиц из одного стационарного состояния в другое и проявляется не только в поглощении квантов излучения (фотонов), но и в испускании электромагнитного излучения.

Испускание электромагнитного излучения веществом вызывается переходами атомных частиц из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией, например, из состояния с энергией Е₂ в состояние с энергией Е₁, где Е₂ и Е₁ - разрешенные уровни энергии, взятые из множества разрешенных для данной атомной частицы энергетических состояний, причем Е₂ > Е₁. Существуют два вида перехода между энергетическими уровнями, сопровождающиеся испусканием электромагнитного излучения: спонтанные и индуцированные переходы. Спонтанные переходы представляют собой самопроизвольные переходы возбужденных атомных частиц в нижнее энергетическое состояние. Излучение, возникающее в результате самопроизвольных переходов, называется спонтанным. Оно носит статистический, вероятностный характер. Атомные частицы при спонтанных переходах испускают фотоны независимо друг от друга, в разные моменты времени. Фаза, частота, направление распространения фотонов и их поляризация при данном переходе носят случайный характер. Поэтому спонтанное излучение некогерентно и ненаправлено.

Индуцированные переходы вызываются (индуцируются) внешним электромагнитным излучением, частота которого равна или близка частоте квантового перехода 2 - (два в один, т.е. из состояния с энергией Е₂ в состояние с энергией Е₁:

. (36)

При этом существует конечная вероятность того, что падающая волна вызовет переход 2 , а разность энергий выделтся в виде электромагнитного излучения, которое добавится к падающему излучению.Излучение, возникающее в результате индуцированных переходов, называют индуцированным, а также вынужденным и стимулированным. Индуцированное излучение имеет ту же частоту, фазу, направление распространения и поляризацию, что и вынуждающее внешнее излучение. Другими словами, индуцированное и вызывающее его внешнее излучение когерентны.

Переход 2 может быть также и безизлучательным, т.е. избыток энергии передается решетке в виде кванта тепловой энергии – фонона.

Перевести атомную частицу в возбужденное состояние, т.е. осуществить переход 1 , можно, сообщив ей некоторое количество энергии разного вида. Например, свет люминесцентных ламп представляет собой электромагнитное излучение спонтанного характера. Спонтанного потому, что атомы вещества внутреннего люминофорного покрытия, поглотив кванты электромагнитного излучения ультрафиолетового диапазона, полученные в процессе газового разряда и совершив, как следствие, переход 1 (рис.4б), возвращаются в основное состояние(«вспыхивают») в разное время. Кроме того, учитывая, что запрещенная зона веществ – люминофоров имеет множество разрешенных уровней, то и частоты испускаемых квантов различны.

Таким образом, явления излучения и поглощения представляют собой две неразрывные стороны одного и того же процесса - процесса взаимодействия излучения и вещества. Необходимо только иметь в виду, что поглощаться может только тот квант, чья частота соответствует частоте перехода (36), поэтому часто говорят о так называемом резонансном поглощении.

Когда в результате поглощения происходит переход атома из основного в возбужденное состояние с энергией Е₂, то этот энергетический уровень, как говорят, оказывается заселенным или населенным. Имеется в виду, что до процесса возбуждения такое значение энергии не имела ни одна атомная частица, а после процесса возбуждения хотя бы одна из них имеет такой уровень энергии. На самом деле указанную энергию может иметь достаточно много частиц. Если обозначить их количество как N, то можно сказать, что N₂ – это населенность уровня Е₂, аналогично N₁ - это населенность невозбужденного уровня Е₁. Известно, что при термодинамическом равновесии населённости энергетических уровней описываются статистикой Больцмана:

(37)

Как следует из (37), в состоянии теплового равновесия N₁ > N₂, следовательно, процессы поглощения преобладают над процессами излучения, и вещество преимущественно поглощает на частоте Таким образом, для генерации излучения необходимо выполнения условия N₂ > N₁, т.е. обеспечение так называемой инверсии населенности, при которой количество возбужденных атомных частиц (электронов) будет преобладать над количеством невозбужденных.

Создание инвертированной населенности (ее еще называют накачкой) достаточно просто осуществляется в кристалле примесного полупроводника с созданным в нем p-n переходом. Действительно, по обе стороны потенциального барьера перехода находятся основные носители заряда, имеющие энергетический «зазор», примерно равный ширине запрещенной зоны, и достаточно его понизить, подавая напряжение прямого смещения, чтобы начался процесс инжекции основных носителей в базу. В этом случае в области перехода создастся инвертированная населенность, количество излучательных переходов 2 , т.е. процессов рекомбинации, будет преобладать над процессами поглощения веществом испущенных квантов, и область p-n перехода станет источником излучения. Такое излучение называют электролюминесценцией, понимая под ней электромагнитное излучение нетеплового характера, имеющее длительность, значительно превышающее период световых колебаний. Отличительной особенностью люминесценции по сравнению с излучением теплового характера является то обстоятельство, что процесс излучения продолжается некоторое время после прекращения возбуждения вследствие того, что на момент снятия прямого напряжения в переходе имеет место некоторая концентрация основных носителей, а процесс рекомбинации не может произойти мгновенно. Кроме того, определенную роль в затягивании процесса излучения играют уровни ловушек.

Для получения интенсивного излучения область базы кристалла полупроводника легируют в гораздо большей степени, чем это имеет место у выпрямительных диодов, поскольку необходимо обеспечить не одностороннюю проводимость, а максимальное количество актов рекомбинации. На практике концентрация примеси составляет до 10 ²⁵ м ^{- 3} при концентрации атомов основного полупроводника 10²⁸м ^{- 3}. При столь высокой концентрации уровень Ферми n -области располагается в зоне проводимости немного выше её дна, а уровень Ферми р -области располагается в валентной зоне немного ниже её потолка. Подобные высоколегированные полупроводники называют вырожденными, а полупроводники, имеющие положение уровней Ферми как на рис.7 - невырожденными. Энергетические диаграммы вырожденного p-n перехода приведены на рис. 15.

Таким образом, основным механизмом генерации оптического излучения в p-n переходе является инжекционная люминесценция или излучательная рекомбинация, которая объединяет два процесса: инжекцию носителей (в область перехода) и собственно электролюминесценцию.

Приборы, использующие данный механизм, называют светоизлучающими диодами – СИД, англоязычная аббревиатура – LED (Light Emitting Diode). Диоды, излучающие в ближнем и дальнем инфракрасном диапазонах, обозначают в англоязычной лиературе как IRE – Infrared Emitter. Если диапазон длин волн не обозначен, то используют аббревиатуру ИД – излучающий диод.

Для работы в диапазонах видимого и ближнего инфракрасного излучений с λ=0,4 – 1,0мкм, то, как следует из (26), необходимы полупроводники с шириной запрещенной зоны примерно 1,3 – 3,0эВ. Это сразу исключает возможность использования в ИД германия и кремния и обуславливает переход к материалам типа А_III В_V (материалы третьей и пятой групп таблицы Менделеева). Трудность получения материалов для ИД заключается в том, что при превращении «электрон – фотон» необходимо соблюдать не только закон сохранения энергии, но и закон сохранения импульса, т.е. энергия и импульс «новорожденного» фотона должны в точности равняться суммам энергии и импульса электрона и дырки. В этом плане идеально подходит арсенид галлия GaAs, имеющий ширину запрещенной зоны 1,41эВ, что позволяет генерировать излучение в ближней инфракрасной области. Данный материал называют прямозонным, это означает, что излучение имеет место при переходе «горячего» электрона из зоны проводимости непосредственно в валентную зону, при этом законы сохранения соблюдаются без участия примесных центров.

Почти все элементы III и V групп способны образовывать так называемые твердые растворы. Например, тройная система Ga_1-xAl_xAs (здесь индексы х и 1-х соответствуют долям элементов III группы Ga иAl в химическом соединении) имеет прямую зону для 0,37> х > 0, при этом ширина запрещенной зоны E_g изменяется от 1,42 до 1,92эВ. Проблема создания твердого раствора заключается в подборе таких элементов, у которых параметры решетки были бы максимально близки, в противном случае из-за деформации решетки в запрещённой зоне возникнут нежелательные разрешенные состояния, которые не позволят получить излучение с заданными параметрами. У вышеприведенного соединения параметры решеток максимально близки: постоянная решетки GaAs (расстояние между атомами) составляет 0,5653нм, а у AlAs – 0,5661нм.

В 1955г. впервые было получено инфракрасное излучение арсенид - галлиевого диода с λ ≈ 880нм. В 1962г. было получено видимое свечение красного цвета (λ ≈ 690нм) с использованием бинарного соединения – фосфида галлия GaP. Для получения излучения с данной длиной волны полупроводник должен иметь ширину запрещенной зоны 1,78эВ, в то время как у фосфида галлия она составляет 2,27эВ, и баланс импульса между фотоном, электроном и дыркой не выполняется, т.е. данный полупроводник является непрямозонным Для «сброса» избытка импульса в фосфид галлия ввели комплексное образование атомов цинка и кислорода, обозначаемое как Zn-O, что приводит к образованию разрешенных уровней в запрещенной зоне, отстоящих от дна зоны проводимости на величину, равную разности (2,27 – 1,78)эВ. При этом электроны зоны проводимости вначале совершают безизлучательный переход на примесные центры, а затем рекомбинируют с дырками валентной зоны, испуская фотоны «красного цвета». Введение в фосфид галлия азота приводит к появлению разрешенных уровней гораздо ближе к дну зоны проводимости, так что излучаемые фотоны имеют энергию примерно 2,22эВ и длину волны 555нм, которая вызывает ощущение зеленого цвета. В последнее время все большее применение находит карбид кремния SiC, являющийся соединением типа А_IV В _IV. Технология его производства достаточно сложна и требует применения высоких – от1700 до 2600⁰С – температур. Использование SiC в качестве материала для изготовления ИД позволяет, путем введения различных добавок, перекрывать весь спектр видимого излучения, вплоть до фиолетового. Диоды на основе SiC отличаются «исключительно высокой надежностью и стабильностью, выдерживают стократные токовые перегрузки, циклические перегревы до 400⁰С, обладают высокой радиационной стойкостью».

Таким образом, знание зонной диаграммы полупроводника позволяет предсказать, какое излучение он будет генерировать и каким будет процесс генерации – прямозонным или непрямозонным (многоступенчатым).

Электроны и дырки, участвующие в рекомбинации, занимают не точно самый нижний и самый верхний уровни энергии зоны проводимости и валентной зоны соответственно, а некоторые полосы уровней в них, обусловленные температурой кристалла (так называемое температурное размытие). Поэтому излучение не является монохроматическим, а занимает некоторый диапазон длин волн ∆λ_изл относительно некоторого среднего значения λ_изл, т.е. происходит так называемое уширение спектральной линии. В связи с этим существует термин ширина линии, при этом под шириной понимают величину ∆λ_изл Такие же полосы, но только примесных уровней, имеют место в запрещенной зоне, и сделанное выше замечание можно распространить и на непрямозонные полупроводники. Уширение линии также объясняется с точки зрения СНГ:

(38)

Действительно, если уменьшать неопределенность (т.е. повышать точность) в определении времени жизни носителей , то увеличивается неопределенность нахождения энергии, которую «сбрасывает» атом, переходя в невозбужденное состояние. Следовательно, получение одной линии спектра излучения принципиально невозможно. Отсюда следует, что излучение диодов, строго говоря, не монохроматично и не когерентно, т.е. фотоны, излучаемые в процессе рекомбинации, имеют разную частоту, фазу, поляризацию и направление распространения. Следовательно, излучение светодиодов имеет спонтанный характер, хотя, если сравнивать их с лампами накаливания, то ИД являются источниками со сравнительно узким спектром излучения, поскольку «ширина» их спектральной линии ∆λ_изл составляет от 40нм, тогда как у ламп накаливания – порядка тысяч нанометров. По этой причине свечение ламп накаливания (имеющее тепловой характер) оценивается зрительно как белое, тогда как цветовой оттенок ИД имеет ярко выраженный характер. Однако, как будет далее показано, ИД могут генерировать излучение белого цвета, используя различные механизмы.

Формирование требуемой зонной диаграммы является непростой технологической задачей. Все вышеуказанные полупроводниковые материалы являются твердыми растворами, т.е. атомы примесей являются либо атомами замещения, либо атомами внедрения (рис 8). Если атом примеси замещает атом основного вещества в узле решетки и при этом имеет больший, чем у основного, размер, то решетка в окрестностях атома внедрения деформируется, что приводит к появлению дополнительных разрешенных уровней в запрещенной зоне. Как следствие либо расширяется спектр излучения, что приводит к «размытию» цвета, либо рекомбинация становится безизлучательной. Для выхода из положения используют тройные соединения, составленные из двух бинарных, например сплав GaAs и AlAs, дающий тройное соединение GaAlAs. Подбираются такие вещества примеси, у которых отклонения размеров атомов в большую и меньшую сторону относительно размера атома основного вещества были бы одинаковыми. Получаемые при замещении деформации решетки компенсируют друг друга, и дополнительные разрешенные уровни не возникают. Следовательно, полупроводник является прямозонным. Вполне очевидно, что все участвующие в соединении вещества должны иметь близкие по своим параметрам решетки.

Широкое применение находят также диоды, излучающие в инфракрасном ближнем и дальнем диапазонах – Infrared Emitter (IRE). Основная область их применения – передача цифровой информации путем модуляции несущего излучения (несущей) инфракрасного диапазона.

Диоды, излучающие в ультрафиолетовой части спектра имеют пока что ограниченное применение. В основном их используют для преобразования (переноса) спектра их излучения в видимую область.

(introduction to uchpo of kvantiop, Носов +me)

Таким образом, ИД является прибором оптической электроники. Оптика, как известно, это раздел физики, изучающий оптическое излучение. Как было показано Дж. К. Максвеллом еще в 60-х годах 19 века, оптическое излучение – это электромагнитные волны определенного спектрального диапазона. Любая волна, кроме интенсивности, под которой понимают ее амплитуду, характеризуется скоростью распространения (ибо волна – это процесс распространения колебаний), частотой колебаний и длиной волны. Скорость распространения электромагнитных волн и есть скорость распространения света. В вакууме она составляет c = 10 ⁸ м/с, а в среде с показателем преломления n равна c/n. Чем выше показатель преломления среды тем ниже в ней скорость света. Длина волны связана с частотой простым соотношением λ ^. ν = с.

Во времена Дж. К. Максвелла под светом понимали излучение, воспринимаемое человеческим глазом. Оно занимает узкий диапазон длин волн примерно от 0,4 до 0,8мкм, в то время как диапазон, занимаемый оптическим излучением (в современном понимании этого выражения) существенно шире. Справа от этого диапазона располагается область радиоволн, слева – рентгеновское излучение. Границы между ними нередко размыты: так, область λ=0,1 – 1.0мм часто относят к субмиллиметровым (приставка суб указывает на положение ниже чего-л. или под чем-л.) радиоволнам, а область λ=1 – 10нм к «мягкому» рентгеновскому излучению. В целом же оптоэлектронные устройства работают в диапазоне λ=0,2 – 20мкм, остальная часть оптического диапазона практически не используется.

Однако, представление о свете как о волновом процессе используется лишь в классической физике. Квантовая электродинамика рассматривает свет как поток специфических элементарных частиц – квантов или фотонов, определяющим параметром которых является энергия фотона – Е _ф. В то же время квант подобно электрону обладает и волновыми свойствами, в связи с чем рассматривается как плоская (имея в виду форму волновой поверхности) волна определенной частоты и поляризации. Объединяет эти два представления о свете как о физическом явлении формула Планка, которая связывает энергию фотона с параметрами световой волны:

Е _ф = h ν =hc/ λ ≈ 1,24/ λ.

В оптоэлектронике кванты (фотоны) играют ту же роль, что и электроны в «чистой» электронике. В электронике носителем информации является поток электронов, возбуждаемый электрическим полем, т.е. элементарным носителем информации является электрон. Аналогом электрического тока в оптической электронике является оптическое излучение или поток квантов (фотонов). Таким образом, элементарным носителем информации в данном случае является фотон. Причем, действие фотонов (в рамках оптоэлектроники) являются определяющими, так как именно ими обеспечивается качественное отличие оптоэлектроники от традиционной эле4троники. Вместе с тем, оптоэлектронное устройство – это не сочетание двух устройств – электронного и оптического с четко выраженными границами. Это единое устройство, в котором осуществляются взаимные превращения фотонов в электроны и наоборот. Следовательно, в оптоэлектронике носителями информации являются фотоны и электроны в сочетании с их взаимными превращениями.

Отсюда следует, что оптоэлектронику можно определить как такой раздел науки и техники, который изучает взаимодействие между электронами вещества и оптическим излучением и разрабатывает на этой основе оптоэлектронные приборы и устройства, преобразующие информацию одной физической формы (оптической) в другую (электрическую) и наоборот. Основным научным «инструментом» оптоэлектроники является физика твердого тела.

Физический принцип работы ИД можно охарактеризовать как излучательная рекомбинация или рекомбинационная люминесценция. Под люминесценцией понимают электромагнитное излучение нетеплового характера, имеющее длительность, значительно превышающее период световых колебаний. Причиной генерации электромагнитного излучения является процесс рекомбинации носителей заряда. Освобождающаяся при этом энергия превращается либо в оптическое излучение (фотоны), либо сообщается решетке (фононы). Таким образом, для получения эффекта люминесценции веществу необходимо сообщить энергию какого-либо вида, что определяет тип люминесценции, после чего генерированные носители заряда рекомбинируют на центрах рекомбинации.

В зависимости от вида энергии, вызывающей люминесценцию, различают хемо-, фото-, электро- и другие виды люминесценции. Фотолюминесценция, к примеру, используется в плазменных панелях. Атомы веществ, способных люминесцировать в видимой части спектра (так называемые люминофоры) воэбуждаются электромагнитным излучением ультрафиолетовой части спектра, после чего, возвращаясь в основное состояние, генерируют излучение трех основных цветов – красного, зеленого и синего.

Отличительной особенностью люминесценции по сравнению с излучением теплового характера является то обстоятельство, что процесс излучения продолжается некоторое время после прекращения возбуждения.

Фотоны, полученные в результате рекомбинационных процессов, легко поглощаются люминесцирующим веществом, возбуждая его атомы. Переход их в основное состояние не обязательно будет сопровождаться излучением. В итоге процессы поглощения будут преобладающими, и излучение не возникнет. Для его генерации необходимо, чтобы число возбужденных атомов превышало количество невозбужденных. Если обозначить уровень энергии возбужденного атома Е_2, а невозбужденного Е_1, то в случае термодинамического равновесия распределение атомов по различным энергетическим состояниям подчиняется статистике Больцмана:

N₂/N₁=exp[-(Е₂ - Е₁)/kT], ()

где N_1, N₂ – населенности невозбужденного и возбужденного состояний соответственно, под которыми понимают количества атомов, находящихся на уровнях Е₁ и Е_2. Как следует из приведенного выражения, в состоянии равновесия, с увеличением энергии населенность уровня уменьшается. Следовательно, процессы поглощения будут преобладать над процессами излучения. Таким образом, для генерации излучения необходимо выполнения условия N₂ > N₁, т.е. обеспечение так называемой инвертированной населенности, при которой количество возбужденных атомов (электронов) будет преобладающим.

Создание инвертированной населенности (ее еще называют накачкой) достаточно просто осуществляется в кристалле примесного полупроводника с созданным в нем p-n переходом. Действительно, по обе стороны потенциального барьера находятся основные носители заряда, имеющие энергетический «зазор», равный ширине запрещенной зоны, и достаточно его понизить, подавая напряжение прямого смещения, чтобы начался процесс инжекции носителей в базу, приводящий к излучательной рекомбинации. Следует отметить, что инвертированную населенность можно получить и в режиме электрического пробоя при обратном смещении перехода, но этот режим неустойчив и в ИД не применяется. Таким образом, основным механизмом генерации оптического излучения в p-n переходе является инжекционная люминесценция, которая объединяет два процесса: инжекцию носителей и собственно электролюминесценцию.

Для работы в диапазоне видимого и ближнего инфракрасного излучения с λ=0,4 – 0,9мкм, как следует из (), необходимы полупроводники с шириной запрещенной зоны примерно 1,4 – 3,0эВ. Это сразу исключает возможность использования в ИД германия и кремния и обуславливает переход к материалам типа А ³ В ⁵ (материалы третьей и пятой групп таблицы Менделеева). Трудность получения ИД заключается в том, что при превращении «электрон – фотон» необходимо соблюсти не только закон сохранения энергии, но и закон сохранения импульса, т.е. энергия и импульс «новорожденного» фотона должны в точности равняться суммам энергии и импульса электрона и дырки. В этом плане идеально подходит арсенид галлия GaAs, имеющий ширину запрещенной зоны 1,41эВ, что позволяет генерировать излучение в ближней инфракрасной области. Данный материал является прямозонным, это означает, что излучение имеет место при переходе «горячего» электрона из зоны проводимости непосредственно в валентную зону без участия примесных центров.

В 1955г. впервые было получено инфракрасное излучение арсенид галлиевого диода с λ ≈ 880нм. В 1962г. было получено видимое свечение красного цвета (λ ≈ 690нм) с использованием бинарного соединения – фосфида галлия GaP. Для получения излучения с данной длиной волны полупроводник должен иметь ширину запрещенной зоны 1,78эВ, в то время как у фосфида галлия она составляет 2,27эВ, и баланс импульса между фотоном, электроном и дыркой не выполняется. Для «сброса» избытка импульса в фосфид галлия вводят комплексное образование атомов цинка и кислорода, обозначаемое как Zn-O, что приводит к образованию разрешенных уровней в запрещенной зоне, отстоящих от дна зоны проводимости на величину, равную разности (2,27 – 1,78)эВ. При этом электроны зоны проводимости вначале совершают безизлучательный переход на примесные центры, а затем рекомбинируют с дырками валентной зоны, испуская фотоны «красного цвета». Введение в фосфид галлия азота приводит к появлению разрешенных уровней гораздо ближе к дну зоны проводимости, так что излучаемые фотоны имеют энергию примерно 2,22эВ и длину волны 555нм, которая вызывает ощущение зеленого цвета. В последнее время все большее применение находит карбид кремния SiC, являющийся соединением типа А ⁴ В ⁴. Технология его производства достаточно сложна и требует применения высоких – от1700 до 2600⁰С – температур. Использование SiC в качестве материала для изготовления ИД позволяет, путем введения различных добавок, перекрывать весь спектр видимого излучения, вплоть до фиолетового. Диоды на основе SiC отличаются «исключительно высокой надежностью и стабильностью, выдерживают стократные токовые перегрузки, циклические перегревы до 400⁰С, обладают высокой радиационной стойкостью».

Таким образом, знание зонной диаграммы полупроводника позволяет предсказать, какое излучение он будет генерировать и каким будет процесс генерации – прямозонным или непрямозонным (многоступенчатым). Электроны и дырки, участвующие в рекомбинации, занимают не точно самый нижний и самый верхний уровни энергии зоны проводимости и валентной зоны соответственно, а некоторые полосы уровней в них, обусловленные температурой кристалла (так называемое температурное размытие). Поэтому излучение не является монохроматическим, а занимает некоторый диапазон длин волн ∆λ_изл относительно некоторого среднего значения λ_изл. Такие же полосы, но только примесных уровней, имеют место в запрещенной зоне, и сделанное выше замечание можно распространить и на непрямозонные полупроводники.

Формирование требуемой зонной диаграммы является непростой технологической задачей. Все вышеуказанные полупроводниковые материалы являются твердыми растворами, т.е. атомы примесей являются либо атомами замещения, либо атомами внедрения (рис 8). Если атом примеси замещает атом основного вещества в узле решетки и при этом имеет больший, чем у основного, размер, то решетка в окрестностях атома внедрения деформируется, что приводит к появлению дополнительных разрешенных уровней в запрещенной зоне. Как следствие либо расширяется спектр излучения, что приводит к «размытию» цвета, либо рекомбинация становится безизлучательной. Для выхода из положения используют тройные соединения, составленные из двух бинарных, например сплав GaAs и AlAs, дающий тройное соединение GaAlAs. Подбираются такие вещества примеси, у которых отклонения размеров атомов в большую и меньшую сторону относительно размера атома основного вещества были бы одинаковыми. Получаемые при замещении деформации решетки компенсируют друг друга, и дополнительные разрешенные уровни не возникают. Следовательно, полупроводник является прямозонным. Вполне очевидно, что все участвующие в соединении вещества должны иметь близкие по своим параметрам решетки. В итоге, если сравнивать с лампами накаливания, то ИД являются источниками со сравнительно узким спектром излучения, поскольку «ширина» их спектральной линии ∆λ_изл составляет от 40нм, тогда как у ламп накаливания – порядка тысяч нанометров. По этой причине свечение ламп накаливания (имеющее тепловой характер) оценивается зрительно как белое, тогда как цветовой оттенок ИД имеет ярко выраженный характер. Однако, как будет далее показано, ИД могут генерировать излучение белого цвета.

Вследствие того, что носители зоны проводимости имеют широкий спектр энергий и в запрещенной зоне количество разрешенных состояний достаточно велико, излучение диодов, строго говоря, не монохроматично и не когерентно, т.е. фотоны, излучаемые в процессе рекомбинации, имеют разную частоту, фазу, поляризацию и направление распространения.

Если ИД генерируют излучение в видимой части спектра, то их называют светоизлучающими диодами (СИД) или светодиодами, в англоязычной литературе – Light Emitting Diode (LED). Светодиоды находят широкое применение: как источники света взамен ламп накаливания, как индикаторы наличия или отсутствия тока в той цепи, в которую они включены, как элементы отображения цифровой или графической информации в информационных табло (дисплеях) индивидуального или коллективного пользования.

Широкое применение находят также диоды, излучающие в инфракрасном ближнем и дальнем диапазонах – Infrared Emitter (IRE). Основная область их применения – передача цифровой информации путем модуляции несущего излучения (несущей) инфракрасного диапазона.

Диоды, излучающие в ультрафиолетовой части спектра имеют пока что ограниченное применение. В основном их используют для преобразования (переноса) спектра их излучения в видимую область.

Дата добавления: 2014-11-18