光电技术ppt课件.ppt

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1、第6章发光器件与光电耦合器件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。本章主要介绍目前已得到广泛应用的注入式半导体发光器件及光电耦合器件。1光源热辐射光源气体放电光源固体发光光源激光器太阳白炽灯、卤钨灯黑体辐射器汞灯荧光灯钠灯氙灯金属卤化物灯空心阴极灯场致发光灯发光二极管气体激光器固体激光器染料激光器半导体激光器温度辐射发光光致发光阴极射线发光放射线发光电致发光注入式电发光2光谱功率分布图36.1～2LED(Lightemittingdiode

2、)4全彩色LED电子显示屏三星LED光源DLP背投电视56两组高科技显示屏宽均为50米，高7﹒5米，采用点间距16毫米的全彩色LED像素，整屏分辨率3072x320点远程同步控制，高清数字显示，其横向3072点像素是迄今为止世界上广场LED显示屏之最。7Alightemittingdiode(LED)isessentiallyapnjunctiondiodetypicallymadefromadirectbandgapsemiconductor,forexampleGaAs,inwhichtheelectron

3、holepair(EHP)recombinationresultsintheemissionofaphoton.1.Principles89ThephenomenonoflightemissionfromEHPrecombinationasaresultofminoritycarrierinjectionasinthiscaseiscalledinjectionelectroluminescence.(注入电致发光)Becauseofthestatisticalnatureoftherecombinationp

4、rocessbetweenelectronsandholes,theemittedphotonsareinrandomdirections;theyresultfromspontaneousemissionprocessesincontrasttostimulatedemission.10HeterostructureLEDAjunctionbetweentwodifferentlydopedsemiconductorsthatareofthesamematerialiscalledahomojunction.

5、Ajunctionbetweentwodifferentdifferentbandgapsemiconductorsiscalledaheterojunction.1112DeviceStructures13146.1.3LED的特性参数1.发光光谱和发光效率发光二极管发射的光通量与输入电能之比表示发光效率，单位lm/W；也有人把光强度与注入电流之比称为发光效率，单位为cd／A（坎/安）。GaAs红外发光二极管的发光效率由输出辐射功率与输入电功率的百分比表示。15发光效率由内部量子效率与外部量子效率决定。内部量

6、子效率在平衡时，电子-空穴对的激发率等于非平衡载流子的复合率（包括辐射复合和无辐射复合），而复合率又分别决定于载流子寿命τr和τrn，其中辐射复合率与1/τr成正比，无辐射复合率为1/τrn，内部量子效率为式中，neo为每秒发射出的光子数,ni为每秒注入到器件的电子数,τr是辐射复合的载流子寿命,τrn是无辐射复合的载流子寿命。由式中可以看出，只有τrn＞＞τr，才能获得有效的光子发射。16辐射复合发光的光子并不是全部都能离开晶体向外发射。光子通过半导体有一部分被吸收，有一部分到达界面后因高折射率（折射系统的折

7、射系数约为3～4）产生全反射而返回晶体内部后被吸收，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nex除以单位时间内注入到器件的电子-空穴对数nin定义为外部量子效率ηex，即对GaAs这类直接带隙半导体，ηin可接近100％。但ηex很小，如CaP红光发射效率ηev很小，最高为15％；发绿光的GaP[N]的ηev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的ηev约为0.1％。172.时间响应特性与温度特性提高外部量子效率的措施有三条：

8、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。发光二极管的时间响应快，短于1μs，比人眼的时间响应要快得多，但用作光信号传递时，响应时间又显得太长。发光二极管的响应时间取决于注入载流子非发光复合的寿命和发光能级上跃迁的几率。18通常发光二极管的外部发光效率均随温度上升而下降。图6-6