Презентация Светодиоды и полупроводниковые лазеры онлайн
На нашем сайте вы можете скачать и просмотреть онлайн доклад-презентацию на тему Светодиоды и полупроводниковые лазеры абсолютно бесплатно. Урок-презентация на эту тему содержит всего 32 слайда. Все материалы созданы в программе PowerPoint и имеют формат ppt или же pptx. Материалы и темы для презентаций взяты из открытых источников и загружены их авторами, за качество и достоверность информации в них администрация сайта не отвечает, все права принадлежат их создателям. Если вы нашли то, что искали, отблагодарите авторов - поделитесь ссылкой в социальных сетях, а наш сайт добавьте в закладки.
Презентации » Физика » Светодиоды и полупроводниковые лазеры
Оцените!
Оцените презентацию от 1 до 5 баллов!
- Тип файла:ppt / pptx (powerpoint)
- Всего слайдов:32 слайда
- Для класса:1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11
- Размер файла:521.50 kB
- Просмотров:96
- Скачиваний:0
- Автор:неизвестен
Слайды и текст к этой презентации:
№3 слайд
![Светодиоды. Light-Emitting](/documents/bc3369b7ef3e93150895a325d4e3f80f/img2.jpg)
Содержание слайда: Светодиоды. Light-Emitting Diode (LED)
Светодиодом, или излучающим диодом, называют полупроводниковый прибор (p-n переход), излучающий кванты света при протекании через него прямого тока.
По характеристике излучения излучающие диоды можно разделить на две группы: с излучением в видимой части спектра (светодиода) и инфракрасной - диоды ИК-излучения.
Светодиоды выпускаются красного (GaP : ZnO, GaAs0,6P0,4), оранжевого (GaAs0,35P0,65), зеленого (GaP), желтого (GaAs0,14P0,86), голубого (GaAs - ErYb, SiC), фиолетового (GaN) цветов свечения, а также с переменным цветом свечения. Последние имеют два электронно-дырочных перехода. Общий свет свечения зависит от соотношения токов, протекающих через эти переходы. Светодиоды чаще всего используют как индикаторные устройства. Поскольку глаз чувствителен только к свету с энергией hv~1.8 эВ (~0.7 мкм), то полупроводники, которые могут быть использованы для создания светодиодов видимого диапазона, должны иметь ширину запрещённой зоны больше этого значения. На практике наибольший интерес представляет GaAs(1-x)Px.
№5 слайд
![Электроны в прямом минимуме](/documents/bc3369b7ef3e93150895a325d4e3f80f/img4.jpg)
Содержание слайда: Электроны в прямом минимуме зоны проводимости и дырки в максимуме валентной зоны обладают одинаковыми квазиимпульсами; электроны в непрямом минимуме имеют другое значение квазиимпульса. Для таких прямозонных полупроводников, как GaAs(1-x)Px (x < 0.45) квазиимпульс при межзонных переходах сохраняется, поэтому эти переходы характеризуются высокой степенью вероятности. При этом энергия фотона приблизительно равна ширине запрещённой зоны полупроводника. В прямозонных материалах процесс излучательной рекомбинации является доминирующим. В то же время для GaAs(1-x)Px при х > 0.45 и GaP, у которых запрещённая зона не прямая, вероятность междузонных переходов чрезвычайно мала, поскольку в этом случае для преобразования квазиимпульса при переходе требуется участие фононов или других факторах рассеяния. Поэтому для усиления излучательных процессов в непрямозонных полупроводниках, таких, например, как GaP, специально создаются рекомбинационные центры. Эффективные центры излучательноц рекомбинации в GaAs(1-x)Px могут быть созданы путём внедрения специальных примесей, например азота. Азот, внедрённый в полупроводник, замещает атомы фосфора в узлах решётки. Азот и фосфор имеют одинаковую внешнюю электронную структуру (оба относятся к V группе элементов периодической системы), а структуры их внутренних оболочек сильно различаются. Это приводит к возникновению вблизи зоны проводимости электронного уровня захвата. Полученный таким образом рекомбинационный центр называется изоэлектронным центром. В нормальном состоянии изоэлектронные центры нейтральны. В материале p-типа инжектированный электрон сначала захватывается на центр. Заряженный отрицательно центр затем захватывает дырку из валентной зоны, формируя связанный экситон. Последующая аннигиляция этой электронно-дырочной пары приводит к рождению фотона с энергией, примерно равной разности между шириной запрещённой зоны и энергией связи центра. Так как захваченный электрон сильно локализован на центре, его импульс рассеивается. Таким образом обеспечивается преобразование квазиимпульса, вследствие чего вероятность прямого перехода существенно возрастает. В непрямозонных материалах, таких, как GaP, описанный механизм излучательной рекомбинации является преобладающим.
№7 слайд
![Конструкции светодиодов.](/documents/bc3369b7ef3e93150895a325d4e3f80f/img6.jpg)
Содержание слайда: Конструкции светодиодов.
Среди светодиодных структур основной является структура с плоской геометрией (см. рис.). Обычно прямозонные светодиоды (красное излучение) формируются на подложках GaAs (а), тогда как непрямозонные (оранжевое, жёлтое и зелёное излучения) - на подложках GaP (б).
№11 слайд
![Инфракрасные светодиоды](/documents/bc3369b7ef3e93150895a325d4e3f80f/img10.jpg)
Содержание слайда: Инфракрасные светодиоды
Областями применения диодов ИК-излучения являются оптронные устройства коммутации, оптические линии связи, системы дистанционного управления.
Наиболее распространённый в настоящее время инфракрасный источник - это светодиод на основе GaAs. Он обладает наибольшей эффективностью электролюминесценции в основном благодаря тому, что среди всех прямозонных полупроводников GaAs является технологически наиболее освоенным. Для изготовления инфракрасных светодиодов используются многие другие полупроводники, имеющие запрещённую зону шириной менее 1,5 эВ. К ним относятся твёрдые растворы, в состав которых входят три или четыре элемента III и V групп периодической системы.
Светодиоды по сравнению с лазерами имеют как преимущества, так и недостатки. К последним относятся меньшая яркость, более низкие частоты модуляции и большая спектральная ширина линии излучения, типичное значение которой составляет 100-500 ангстрем, тогда как лазеры характеризуются шириной линии 0,1-1 ангстрем.
№13 слайд
![Важным параметром, который](/documents/bc3369b7ef3e93150895a325d4e3f80f/img12.jpg)
Содержание слайда: Важным параметром, который должен учитываться при конструировании светодиодов для оптических систем связи, является диапазон рабочих частот. При внешнем возбуждении скорость полной излучательной рекомбинации определяется выражением: Rr = Bnp
где В-константа излучательной рекомбинации, равная G/n0p0 (G-скорость полной термической генерации).
При достаточно низких уровнях возбуждения, таких, что в материале р-типа р примерно равно р0, время жизни излучательной рекомбинации становится равным:
№14 слайд
![Полупроводниковые лазеры](/documents/bc3369b7ef3e93150895a325d4e3f80f/img13.jpg)
Содержание слайда: Полупроводниковые лазеры
Полупроводниковые лазеры, подобно другим лазерам (таким, как рубиновый лазер или же лазер на смеси He - Ne), испускают излучение, когерентное в пространстве и во времени. Это означает, что излучение лазера высоко монохроматично (имеет узкую полосу спектра) и создает строго направленный луч света. Вместе с тем по ряду важных характеристик полупроводниковые лазеры существенно отличаются от лазеров других типов.
№15 слайд
![. В обычных лазерах квантовые](/documents/bc3369b7ef3e93150895a325d4e3f80f/img14.jpg)
Содержание слайда: 1. В обычных лазерах квантовые переходы происходят между дискретными энергетическими уровнями, тогда как в полупроводниковых лазерах переходы обусловлены зонной структурой материала.
1. В обычных лазерах квантовые переходы происходят между дискретными энергетическими уровнями, тогда как в полупроводниковых лазерах переходы обусловлены зонной структурой материала.
2. Полупроводниковые лазеры имеют очень малые размеры (~0,1 мм в длину), и так как активная область в них очень узкая (~1 мкм и меньше), расхождение лазерного луча значительно больше, чем у обычного лазера.
3. Пространственные и спектральные характеристики излучения полупроводникового лазера сильно зависит от свойств материала, из которого сделан переход (таких свойств, как структура запрещенной зоны и коэффициент преломления).
4. В лазере с р-n переходом лазерное излучение возникает непосредственно под действием тока, протекающего через прямосмещенный диод. В результате система очень эффективна, поскольку позволяет легко осуществлять модуляцию излучения за счет модуляции тока. Так как полупроводниковые лазеры характеризуются очень малыми временами стимулированного излучения, модуляция может проводиться на высоких частотах.
№16 слайд
![Диапазон длин волн лазерного](/documents/bc3369b7ef3e93150895a325d4e3f80f/img15.jpg)
Содержание слайда: Диапазон длин волн лазерного излучения охватывает область спектра от ультрафиолетовой до инфракрасной. В интервале длин волн вблизи 0,9 мкм в качестве источников излучения используется гетеролазеры на основе GaAs-Al(x)Ga(1-x)As. Вблизи длины волны 1,3 мкм в ВОЛС волокно имеет низкие потери (0.6 ДБ/км) и слабую дисперсию, а в окрестности длины волны 1,55 мкм потери достигают минимального значения (0,2 дБ/км), поэтому в качестве источников излучения могут использоваться лазеры на основе Ga(x)In(1-x)As(y)P(1-y)-InP.
Диапазон длин волн лазерного излучения охватывает область спектра от ультрафиолетовой до инфракрасной. В интервале длин волн вблизи 0,9 мкм в качестве источников излучения используется гетеролазеры на основе GaAs-Al(x)Ga(1-x)As. Вблизи длины волны 1,3 мкм в ВОЛС волокно имеет низкие потери (0.6 ДБ/км) и слабую дисперсию, а в окрестности длины волны 1,55 мкм потери достигают минимального значения (0,2 дБ/км), поэтому в качестве источников излучения могут использоваться лазеры на основе Ga(x)In(1-x)As(y)P(1-y)-InP.
№19 слайд
![Для изготовления лазеров](/documents/bc3369b7ef3e93150895a325d4e3f80f/img18.jpg)
Содержание слайда: Для изготовления лазеров используют полупроводники с прямыми зонами, например GaAs или GaAlAs, в которых возможны переходы электронов без участия фотонов. Создание инверсной заселённости уровней происходит при интенсивной инжекции неосновных носителей, что легче достигается в гетеропереходах (гомопереходы - p - n - переходы, созданные в одном и том же веществе, гетеропереходы получают между p - и n - областями материалов с различной шириной запрещённой зоны, что даёт, например, многоступенчатую форму p - n - перехода), изготовленных на основе материалов с высокой концентрацией примесей. Усиление света происходит только вдоль направлений, перпендикулярных поверхности зеркал, поэтому из области p - n - перехода через полупрозрачную отражающую поверхность выходит узкий луч когерентного излучения.
Для изготовления лазеров используют полупроводники с прямыми зонами, например GaAs или GaAlAs, в которых возможны переходы электронов без участия фотонов. Создание инверсной заселённости уровней происходит при интенсивной инжекции неосновных носителей, что легче достигается в гетеропереходах (гомопереходы - p - n - переходы, созданные в одном и том же веществе, гетеропереходы получают между p - и n - областями материалов с различной шириной запрещённой зоны, что даёт, например, многоступенчатую форму p - n - перехода), изготовленных на основе материалов с высокой концентрацией примесей. Усиление света происходит только вдоль направлений, перпендикулярных поверхности зеркал, поэтому из области p - n - перехода через полупрозрачную отражающую поверхность выходит узкий луч когерентного излучения.
№21 слайд
![Через p - n - переход](/documents/bc3369b7ef3e93150895a325d4e3f80f/img20.jpg)
Содержание слайда: Через p - n - переход инжектируются электроны из n - области I в активную область II (толщиной ~ 1мкм), где происходит излучение фотонов с энергией hv=1.4эВ. Переход типа p - p+, т.е. несимметрично легированная область, между p - областью II и областью III создаёт барьер для электронов, попавших в активную II, и способствует накоплению электронов в этой области. Лазерный эффект достигается при определённых пороговых значениях тока через переход (примерно при 300K). Начиная с этих значений тока спектральная полоса излучения значительно сужается. Для уменьшения рабочих токов и ослабления нагрева активный слой часто сокращают до полоски шириной 5 - 20 мкм, идущей от одной отражающей поверхности до другой. Этого достигают применением узкого металлического электрода (верхнего на рис.). У подобных устройств снижается как пороговый ток (примерно до 100 мА при комнатной температуре), так и инерционность вследствие уменьшения ёмкости переходов.
Через p - n - переход инжектируются электроны из n - области I в активную область II (толщиной ~ 1мкм), где происходит излучение фотонов с энергией hv=1.4эВ. Переход типа p - p+, т.е. несимметрично легированная область, между p - областью II и областью III создаёт барьер для электронов, попавших в активную II, и способствует накоплению электронов в этой области. Лазерный эффект достигается при определённых пороговых значениях тока через переход (примерно при 300K). Начиная с этих значений тока спектральная полоса излучения значительно сужается. Для уменьшения рабочих токов и ослабления нагрева активный слой часто сокращают до полоски шириной 5 - 20 мкм, идущей от одной отражающей поверхности до другой. Этого достигают применением узкого металлического электрода (верхнего на рис.). У подобных устройств снижается как пороговый ток (примерно до 100 мА при комнатной температуре), так и инерционность вследствие уменьшения ёмкости переходов.
№22 слайд
![В качестве материала,](/documents/bc3369b7ef3e93150895a325d4e3f80f/img21.jpg)
Содержание слайда: В качестве материала, инжектирующего электроны (вместо n - GaAs) может быть использован более широкозонный (рис.). В этом случае активный слой GaAs p - типа располагается между двумя широкозонными полупроводниками p - GaAlAs и n - GaAlAs, которые обладают более низким коэффициентом преломления. Это приводит к усилению отражения света от боковых слоёв и, следовательно, к уменьшению потерь света.
В качестве материала, инжектирующего электроны (вместо n - GaAs) может быть использован более широкозонный (рис.). В этом случае активный слой GaAs p - типа располагается между двумя широкозонными полупроводниками p - GaAlAs и n - GaAlAs, которые обладают более низким коэффициентом преломления. Это приводит к усилению отражения света от боковых слоёв и, следовательно, к уменьшению потерь света.
Мощность излучения лазеров, работающих в непрерывном режиме, составляет около 0.1 Вт. В случае импульсного возбуждения мощность может быть значительно повышена, т.к. нагрев прибора будет ослаблен. КПД инжекционных лазеров достигает 50%, инерционность составляет 1 - 10-9 c, напряжение питания не превышает 3В, а размеры нескольких мм. Модуляция светового тока может осуществляться изменением напряжения.
№23 слайд
![Наиболее легко и эффективно](/documents/bc3369b7ef3e93150895a325d4e3f80f/img22.jpg)
Содержание слайда: Наиболее легко и эффективно инверсия населенности достигается в p-n-переходах за счет инжекции электронов.
Наиболее легко и эффективно инверсия населенности достигается в p-n-переходах за счет инжекции электронов.
Известно, что в сильнолегированных (вырожденных) полупроводниках, когда одному и тому же значению энергии соответствуют различные электронные или дырочные состояния, в p- и n-областях уровни Ферми находятся в пределах разрешенных зон и при тепловом равновесии эти уровни для электронов и дырок совпадают (рис.а).
№25 слайд
![Инжектированные электроны](/documents/bc3369b7ef3e93150895a325d4e3f80f/img24.jpg)
Содержание слайда: Инжектированные электроны после диффундирования на небольшое расстояние, определяемое диффузионной длинной, рекомбинируют с дырками; в результате возникает стационарное состояние, при котором скорость рекомбинации электронов в точности сбалансирована скоростью их инжекции. Совершенно аналогичны рассуждения и для дырок в валентной зоне. При наличии стационарного состояния положение квазиуровней Ферми для двух типов носителей в области перехода меняется (рис. б). Основные носители вытягиваются из контакта, чтобы обеспечить условие нейтральности. В настоящее время лазерные диоды в основном изготовляют из GaAs или Ga1-xAlxAs. Структура лазерного диода на p-n-переходе представлена на рис.
Инжектированные электроны после диффундирования на небольшое расстояние, определяемое диффузионной длинной, рекомбинируют с дырками; в результате возникает стационарное состояние, при котором скорость рекомбинации электронов в точности сбалансирована скоростью их инжекции. Совершенно аналогичны рассуждения и для дырок в валентной зоне. При наличии стационарного состояния положение квазиуровней Ферми для двух типов носителей в области перехода меняется (рис. б). Основные носители вытягиваются из контакта, чтобы обеспечить условие нейтральности. В настоящее время лазерные диоды в основном изготовляют из GaAs или Ga1-xAlxAs. Структура лазерного диода на p-n-переходе представлена на рис.
№26 слайд
![Деградация инжекционных](/documents/bc3369b7ef3e93150895a325d4e3f80f/img25.jpg)
Содержание слайда: Деградация инжекционных лазеров обусловлена целым рядом механизмов. Выделяют три основных типа деградации: 1) катастрофическое разрушение; 2) образование дефектов темных линий; 3) постепенная деградация.
Деградация инжекционных лазеров обусловлена целым рядом механизмов. Выделяют три основных типа деградации: 1) катастрофическое разрушение; 2) образование дефектов темных линий; 3) постепенная деградация.
Катастрофическое разрушение происходит под действием больших мощностей излучения, приводящих к непрерывному повреждению зеркал лазера вследствие образования на их поверхности ямок и канавок.
Дефекты темных линий представляют собой сетку дислокаций, которые могут формироваться в процессе работы лазера и внедряться внутрь резонатора. Появившись, она может сильно разрастись в течение нескольких часов и вызвать увеличение плотности порогового тока.
№28 слайд
![Ученым из компании Bell Labs](/documents/bc3369b7ef3e93150895a325d4e3f80f/img27.jpg)
Содержание слайда: Ученым из компании Bell Labs удалось разработать лазер нового поколения, используя в качестве полупроводника для изготовления многокаскадного полупроводникового лазера фотонные кристаллы. Полученный лазер обладает уникальными свойствами. Например, его излучение может быть направлено в любом, заранее выбранном, направлении, что позволяет встраивать его в обычную полупроводниковую микросхему.
Ученым из компании Bell Labs удалось разработать лазер нового поколения, используя в качестве полупроводника для изготовления многокаскадного полупроводникового лазера фотонные кристаллы. Полученный лазер обладает уникальными свойствами. Например, его излучение может быть направлено в любом, заранее выбранном, направлении, что позволяет встраивать его в обычную полупроводниковую микросхему.
Обычный многокаскадный полупроводниковый лазер, представляющий собой набор слоев из тонких полупроводниковых пластин, может излучать свет лишь в стороны, как показано на втором рисунке. Новый лазер на фотоных кристаллах избавлен от этого недостатка и может излучать свет в любом, заранее выбранном направлении.
Скачать все slide презентации Светодиоды и полупроводниковые лазеры одним архивом:
Похожие презентации
-
Скачать презентацию Светодиоды и полупроводниковые лазеры
-
Полупроводниковые лазеры Выполнила: Вартанова Анна У4-02
-
Пути повышения выходной мощности полупроводниковых лазеров, излучающих в спектральном диапазоне 1. 5-1. 6 мкм
-
Источники оптического импульсного когерентного излучения для информационных систем II. Полупроводниковые лазеры
-
Разработка и производство полупроводниковых фотодиодов и лазеров
-
Тема: Полупроводники Цель: изучить проводимость полупроводников
-
По физике "Исследование возможности воздействия лазерного и ультрафиолетового излучения на всхожесть и урожайнос
-
Лазер Работа ученика 11 М класса СОШ 288 г. Заозерска Тимонина А. А.
-
По физике "Лазеры. Применение лазеров в медицине" - скачать
-
Лазер