Одним из наиболее распространенных материалов для изготовления ИД является арсенид галлия (GaAs), имеющий D E3 = 1,45эВ. Следовательно, максимум спектральной характеристики излучения собственно GaAs наблюдается на длине волны lmax =1,24/1,4 = 0,9 мкм, что соответствует инфракрасной области. При легировании GaAs различными примесями (теллур, селен, литий и др.), имеющими различные глубины залегания в запрещенной зоне, излучающие диоды могут излучать в диапазоне lmax = 0,9–0,96 мкм. GaAs – ИД имеют наиболее высокую квантовую эффективность (hвнеш=10–30 % в зависимости от конструкции).
Фосфид галлия (GaP)имеет D E3 =2,25 эВ, что определяет длину волны излучения lmax=0,56 мкм. Это соответствует зеленому цвету свечения. При легировании примесями (N, O2, Zn) такие ИД могут излучать красный, желтый, зеленый свет. Таким образом, GaP светодиоды предназначены для работы в видимой части спектра. Для GaP – hвнеш=0,7-7%.
Для создания светодиодов с синим светом свечения, применяют нитрид галлия (GaN) Светодиоды на его основе дают излучение l=0,44 мкм, но с очень низкой эффективностью h@0,5 %. При этом D E3 =1,24/l=3 эВ, что соответствует границе между полупроводниками и диэлектриками. Поэтому прямое падение напряжения на этих приборах составляет несколько вольт.
Для этой же цели применяют карбид кремния (SiC). Хотя диоды на основе SiC имеют малый hвнеш@0,01 %, они обладают высокой временной и температурной стабильностью. На их основе создают эталонные источники излучения.
Для излучающих диодов как инфракрасного, так и видимого излучения широко применяют тройные соединения, изготовленные на основе твердого раствора галлий-алюминий-мышьяк GaAlAs или на основе галлий-мышьяк-фосфор GaAsP и индий-галлий-фосфор InGaP. По обобщенному показателю (Ризл быстродействие) GaAlAs наиболее полно удовлетворяет требованиям оптоэлектроники. В этом материале часть атомов Ga в кристалле GaAs замещается атомами Al. По мере увеличения доли замещенных атомов D E3 меняется от D E3 =1,45 эВ (GaAs) до D E3 =2,16 эВ (чистый AlAs) т.е. такие ИД могут иметь lmax=0,6…0,9 мкм, и генерировать излучение как в видимой, так и в инфракрасной области спектра. Внешний квантовый выход для этого материала составляет hвнеш=1,2…12 %.
| Материал ИД
| Ширина запретной зоны, эВ
| Диапазон длин волн, мкм
| Диапазон свечения
| Внешняя квантовая эффективность, %
|
| GaAs
Арсенид галия
| 1,45
| 0,9–0,96
| ИК
| 10–30
|
| GaP
Фосфид
галлия
| 2,25
| 0,56
| зеленый
| 0,7-7
|
| GaN
Нитрид галлия
|
| 0,44
| синий
| 0,5
|
| SiC
Карбид
кремния
|
| 0,44
| синий
| 0,01
|
| GaAlAs
галлий-алюминий-мышьяк
| 1,45–2,16
| 0,6-0,9
| ВИ+ИК
| 1,2…12
|
