Материал: 7201_Тихоласов_Сикалов_Векленко_rgb

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)

Кафедра фотоники

отчет

по лабораторной работе №1

по дисциплине «Квантовая и оптическая электроника»

Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ RGB-СВЕТОДИОДА

Санкт-Петербург

2020

Цель работы: Исследование характеристик и определение основных параметров полупроводниковых светодиодов.

Основные теоретические сведения:

Светодиоды – полупроводниковые источники некогерентного оптического излучения, принцип действия которых основан на явлении электролюминесценции при инжекции неосновных носителей заряда через гомо- или гетеро-p–n-переход. Приборы, излучающие в видимом диапазоне, принято называть светоизлучающими диодами – СИД. Чаще всего они используются как индикаторы для отображения информации, а также как малоинерционные источники света для генерации световых импульсов малой длительности. Также выделяют инфракрасные (ИК) и ультрафиолетовые (УФ) светодиоды. Особым классом светодиодов являются «белые» СИД, чье излучение охватывает практически весь видимый диапазон спектра. Белые светодиоды активно замещают лампы накаливания и ртутные флуоресцентные лампы в осветительных приборах благодаря высокой эффективности и значительно большему сроку службы. Также существуют многоцветные светоизлучающие диоды, в частности, RGB-светодиоды. RGB — это аббревиатура, которая обозначает три основных цвета излучения, испускаемых таким СИД: R (Red) — красный, G (Green) — зеленый и B (Blue) — синий. Таким образом, внутри подобных приборов одновременно размещается три типа светодиодных кристаллов, испускающих излучение с различной длиной волны.

В основе действия полупроводниковых светодиодов лежит электролюминесценция. Люминесценция – это излучение, избыточное над тепловым при данной температуре и обладающее длительностью, значительно превышающей период световых колебаний. Электролюминесценция – это люминесценция, возбуждаемая внешним электрическим полем. Наиболее эффективным методом электрического возбуждения является инжекция неосновных носителей заряда через р–n-переход при приложении к нему прямого напряжения U. Такая люминесценция называется инжекционной.

Блок-схема измерительной установки:

-схема установки для исследования характеристик RGB-светодиода

Обработка результатов:

Построим спектральные характеристики кристаллов светодиода при различных значениях прямых токов.

Рис. 2 - Спектральные характеристики синего кристалла светодиода при различных значениях прямых токов

Рис. 3 - Спектральные характеристики зеленого кристалла светодиода при различных значениях прямых токов.

Рис. 4 - Спектральные характеристики красного кристалла светодиода при различных значениях прямых токов.

Построим зависимость длин волн, соответствующих максимуму излучения каждого из кристаллов, от тока, протекающего через кристалл.

Таблица 1. Зависимость длин волн, соответствующих максимуму излучения, от тока

Рис. 5 - Зависимость длин волн, соответствующих

максимуму излучения, от тока через кристалл

Построим зависимость мощности излучения, соответствующей максимуму спектра для каждого из кристаллов, от тока, протекающего через кристалл.

Вычислим мощность, как площадь под графиком.

Таблица 2. Зависимость суммарной мощности излучения от тока через светодиод

Рис. 6 - Зависимость суммарной мощности излучения от тока через светодиод

Получим белый свет путём смешивания излучений светодиодов в результате подбора значений прямого тока.

(I_R = 27,6 мА; I_G = 35,3 мА; I_B = 27,6 мА)

Рис. 7 - Спектр белого света

Построим спектры белого света при различных температурах:

Рис. 8 - Спектр белого цвета при различных температурах.

Таблица 3. Зависимость длин волн при различных температурах

Рис. 9 - Зависимость длин волн, соответствующих максимуму излучения, от температуры

Выводы:

В данной лабораторной работе мы исследовали характеристики и определили основные параметры полупроводниковых светодиодов.

Опираясь на полученные характеристики, можем сказать, что повышение тока через кристалл ведет к увеличению числа рекомбинаций частиц в p-n переходе в единицу времени, соответственно, испускается больше фотонов, что ведет к увеличению светового потока. Длина волны, соответствующая максимуму излучения каждого из кристаллов, не зависит от тока, протекающего через кристалл. Длину волны определяет ширина запрещенной зоны полупроводника. При прохождении прямого тока происходит нагрев кристалла, и ширина запрещённой зоны увеличивается, сдвигая максимум спектра излучения в сторону больших длин волн, но сдвиг максимума спектра происходит в направлении противоположном температурному изменению ширины запрещенной зоны из-за квантоворазмерных эффектов и перераспределения носителей между уровнями.

Мощность излучения зависит от числа рекомбинационных переходов с испусканием фотона, которое в свою очередь определяется числом носителей заряда в активной области. Концентрация электронов зависит от интенсивности инжекции в структуре, то есть от прямого тока I_пр, поэтому с увеличением тока возрастает мощность излучения.