3.2. Основные материалы излучающих диодов

Одним из наиболее распространенных материалов для изготовления ИД является арсенид галлия (GaAs), имеющий E₃ = 1,45эВ. Следовательно, максимум спектральной характеристики излучения собственно GaAs наблюдается на длине волны _max =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 _max = 0,9…0,96 мкм. GaAs – ИД имеют наиболее высокую квантовую эффективность (_внеш=10…30 % в зависимости от конструкции).

Фосфид галлия (GaP) имеет E₃=2,25 эВ, что определяет длину волны излучения _max=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 – _внеш=7…0,7 %.

Для создания светодиодов с синим светом свечения применяют нитрид галлия (GaN.) Светодиоды на его основе дают излучение =0,44 мкм, но с очень низкой эффективностью 0,5 %. При этом E₃=1,24/=3 эВ, что соответствует границе между полупроводниками и диэлектриками. Поэтому постоянное прямое падение напряжения на этих приборах составляет несколько вольт.

Для этой же цели применяют карбид кремния (SiC). Хотя диоды на основе SiC имеют малый _внеш0,01 %, но 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. Применяют также твердые растворы на основе галлий-мышьяк-фосфор GaAsP и индий-галлий-фосфор InGaP. По обобщенному показателю (Р_изл х 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 E₃ меняется от E₃=1,45 эВ (GaAs) до E₃=2,16 эВ (чистый AlAs). Т.е. такие ИД могут иметь _max=0,6…0,9 мкм, и генерировать излучение, как в видимой, так и инфракрасной области спектра. Внешний квантовый выход для этого материала составляет =1,2…12 %.

Содержание разделов самостоятельной работы.

№	Содержание темы	Кол. часов
1.	Взаимодействие электромагнитного излучения с атомами и молекулами. Уширение спектральных линий. Механизмы уширения. Однородное и неоднородное уширение. Рассеяние света. Оптические характеристики вещества. Комплексный показатель преломления. Показатель поглощения. Соотношения Крамерса-Кронинга.	4
2.	Усиление и генерация электромагнитного излучения. Двух-, трех-, и четырехуровневые схемы работы. Резонаторы. Условие устойчивости. Неустойчивые резонаторы. Методы модуляции добротности. Синхронизация мод и сверхкороткие лазерные импульсы.	4
3.	Лазеры. Мазеры. Общая характеристика и особенности твердотельных лазеров. Активные материалы. Требования к матрицам. Требования к активаторам. Рубиновый лазер. Лазеры на кристаллах и стеклах, активированных неодимом. Твердотельные перестраиваемые лазеры. Особенности квантовых приборов радиодиапазона. Молекулярный мазер на пучке молекул аммиака. Квантовые парамагнитные усилители (КПУ). Активные материалы и элементы КПУ. Полупроводниковые лазеры. Лазеры на двойных гетероструктурах. Лазеры с раздельным оптическим и электронным ограничением. Лазеры с использованием квантово-размерных эффектов. Полосковые гетеролазеры. Гетеролазеры с распределенной обратной связью. Перестраиваемые полупроводниковые ИК-лазеры.	6
4.	Линейная кристаллооптика. Нелинейная оптика. Тензор диэлектрической проницаемости. Прохождение света через границу раздела двух сред. Особенности распространения света в тонких слоях. Генерация гармоник. Условие фазового синхронизма. Параметрическое преобразование и параметрическая генерация света. Вынужденное комбинационное рассеяние и рассеяние Мандельштамма-Бриллюэна. Оптический пробой.	4
5.	Оптические явления в однородных полупроводниках и гетероструктурах Особенности зонной структуры и оптических свойств полупроводниковых соединений A^3B^5, A^2B^6и. A^4B^6. Электронные состояния и оптическое поглощение в твердых растворах и сильнолигированных полупроводниках. Свойства гетеропереходов. Эффект односторонней инжекции. Эффект сверхинжекции. Эффект широкозонного окна. Волноводный эффект. Фотоэлектрические эффекты в p-n гетеропереходах и в варизонных структурах.	4
6.	Некогерентные источники излучения Электролюминесцентные экраны. Газоразрядные индикаторы. Лазеры с использованием квантово-размерных эффектов.	2
7.	Полупроводниковые фотоприемники и приборы управления оптическим излучением. Фотодиоды. P-i-n фотодиоды и лавинные фотодиоды. Фотоэлектрические преобразователи солнечного излучения. Модуляторы лазерного излучения. Электрооптические модуляторы. Абсорбционные модуляторы. Акустооптические модуляторы света. Пассивные затворы. Методы сканирования света. Дефлекторы.	4
8.	Оптические методы передачи и обработки информации. Элементы интегральной оптики. Тонкопленочные волноводы. Связь между волноводами. Оптическая бистабильность. Направленные ответвители. Тонкопленочные модуляторы, фильтры, переключатели, детекторы.	2