oC光电二极管和光电三极管的温度特性.PPT

通常人们把物体向外发射出可见光的现象称为发光。但对光电技术领域来说，光辐射还包括红外、紫外等不可见波段的辐射。 3.2.3 发光器件 发光常分为由物体温度高于绝对零度而产生物体热辐射，和物体在特定环境下受外界能量激发的辐射——激发辐射，激发辐射的光源常被称为冷光源。 发光二极管（Light Emitting Diode，简称LED ）由半导体PN结构成，是少数载流子在PN结区的注入与复合而产生的发光。 1. 发光二极管 1907年首次发现半导体二极管在正向偏置的情况下发光。 70年代末，人们开始用发光二极管作为数码显示器和图像显示器。 优点：工作电压低、响应速度快、寿命长、体积小、重量轻。 发光二极管基本结构 发光二极管 （无机） 按结构分类 表面LED 侧面LED 平面LED 圆顶型LED 超发光LED 显示、报警 光纤通信 (1) 发光二极管工作原理 发光二极管能带结构 正向电压 PN结势垒降低 少数载流子注入 N区 P区 电子 空穴 P区：空穴与注入的电子复合 N区：电子与注入的空穴复合 复合，发光 三颗不同颜色的LED 由若干独立的LED组成的单个光源 (2) 发光光谱和发光效率 ①LED的发光光谱：LED发出光的相对强度(或能量)随波长(或 频率)变化的分布曲线。 决定着发光二极管的发光颜色，并影响它的发光效率。 电子和空穴复合，所释放的能量Eg等于PN结的禁带宽度（即能量间隙）。所放出的光子能量用hν表示，h为普朗克常数，ν为光的频率。则 发射光谱的形成由材料的种类、性质以及发光中心的结构决定的，而与器件的几何形状和封装方式无关。 材料 波长/nm 材料 波长/nm ZnS 340 CuSe-ZnSe 400～630 SiC 480 ZnxCd1-xTe 590～830 GaP 565,680 GaAs1-xPx 550～900 GaAs 900 InPxAs1-x 910～3150 InP 920 InxGa1-xAs 850～1350 峰值光子的能量还与温度有关，它随温度的增加而减少。 在结温上升时，谱带波长以0.2~0.3nm/℃的比例向长波方向移动。 LED材料 ②发光效率 能量效率：发光二极管发射的光通量与输入电能之比，单位lm/W 电流效率：光强度与注入电流之比，单位为cd/A 辐射复合发光的光子并不是全部都能离开晶体向外发射，光子有部分被吸收，只有一部分发射出去。因此，将单位时间发射到外部的光子数除以单位时间内注入到器件的电子-空穴对数定义为外部量子效率： 量子效率——器件向外发射的光子数与注入的载流子数量之比。 量子效率又分为内部量子效率 和外部量子效率。 内部量子效率定义为器件中产生的光子数与在回路中流过的电子数之比值： 对 GaAs这类直接带隙半导体，ηin可接近100％。但ηex很小，如CaP[Zn-O]红光发射效率ηex很小，最高为15％；发绿光的GaP[N]的ηex约为0.7％；对发红光的 GaAs0.6P0.4，其ηex约为0.4％；对发红外光的In0.32Ga0.68P[Te，Zn]的ηex约为 0.1％。 提高外部量子效率的方法有： ①用比空气折射率高的透明物质如环氧树脂（n2 =1.55）涂敷在 发光二极管上； ②把晶体表面加工成半球形； ③用禁带较宽的晶体作为衬底，以减少晶体对光吸收。 发光二极管的响应时间：注入电流后LED启亮（上升）或熄灭 （衰减）的时间。 温度特性： 通常发光二极管的外部发光效率均随温度上升而下降。 GaP（绿色）、GaP（红色）、GaAsP三种发光二极管的相对光亮度Le,λ,r与温度t的关系曲线： (3)响应时间和温度特性 LED的上升时间随电流的增加而近似呈指数衰减。 响应时间一般很短，如GaAs1-xPx仅为几个ns，GaP约为100ns。在用脉冲电流驱动二极管时，脉冲的间隔和占空因数必须在器件响应时间所许可的范围内。 ①数字、文字及图像显示 ②指示、照明 ③光源 ④光电开关、报警、遥控、耦合 (4) 发光二极管的应用 北京奥运会开幕式文艺表演的“纸”，是由LED组成的147米长、27米宽的中心舞台。 1987年，C.W. Tang和S.A.VanSlyke制备出有机发光二极管元件 有机LED特点：具有自发光、