СВЕТОДИОДЫ С РЕЗОНАТОРОМ

September 9, 2011 by admin Комментировать »

Введение и исторические сведения

У светодиодов с резонатором (RCLED) активные области находятся внутри оптических резонаторов. Оптический резонатор обычно имеет толщину, равную половине или целой длине волны света, излучаемого светодиодом, т. е. для устройств видимого и инфракрасного диапазонов толщина резонатора составляет доли микрометра. Резонансная длина волны совпадает с длиной волны излучения активной области светодиода или близка к ней. Спонтанное излучение, испускаемое активной областью, расположенной внутри резонатора, усиливается за счет резонансного эффекта. Светодиоды с резонатором — первые устройства, в которых использован принцип усиления спонтанного излучения в микрорезонаторе.

Размещение оптически активного материала внутри резонатора позволило улучшить характеристики светодиодов в несколько раз. Во-первых, интенсивность излучения светодиодов с резонатором вдоль его оси, т. е. перпендикулярно поверхности полупроводника, превышает интенсивность излучения обычных светодиодов в 2-10 раз. Во-вторых, спектр излучения характеризуется более высокой спектральной чистотой по сравнению со спектрами обычных светодиодов. В обычных светодиодах ширина спектральной линии излучения определяется тепловой энергией кТ, а в светодиодах с резонатором — добротностью оптического резонатора. В результате этого ширина спектра светодиодов с резонатором в 2-5 раз меньше ширины спектра обычных светодиодов. По этой же причине температурный сдвиг длины волны определяется температурным коэффициентом оптического резонатора, а не шириной запрещенной зоны активной области. Все это ведет к значительному повышению температурной стабильности длины волны излучения светодиодов с резонатором по сравнению с обычными светодиодами. В-третьих, диаграмма направленности светодиодов с резонатором более узкая, чем у обычных светодиодов. Если в обычных светодиодах диаграмма направленности излучения имеет вид распределения по Ламберту (подобно функции косинуса), в светодиодах с резонатором оно в основном направлено вдоль оптической оси резонатора.

Все перечисленные преимущества светодиодов с резонатором востребованы в локальных {< 5 км) оптических системах связи со средними скоростями передачи данных (< 1 Гбит/с). В частности, в оптических системах передачи данных на короткие расстояния все чаще применяются полимерные оптоволокна. Сравнительно высокая интенсивность и направленность излучения светодиодов с резонатором позволяет передавать информацию через оптическое волокно на достаточно большие расстояния. Высокая спектральная чистота таких светодиодов приводит к уменьшению хроматической дисперсии, что позволяет увеличивать скорость передачи данных.

Светодиоды используются в системах оптической связи для передачи информации со средней скоростью на расстояния меньше 5 км. В отличие от лазеров светодиоды обладают меньшей стоимостью, большей надежностью и меньшей зависимостью параметров от температуры. Светодиоды с резонатором унаследовали все достоинства обычных светодиодов. Более того, многие их характеристики улучшились. Отражающая способность зеркал, входящих в состав светодиодов с резонатором, ниже, чем у отражателей в поверхностно-излучающих лазерах с вертикальными резонаторами (VCSEL), поэтому их дешевле изготовить. На длине волны 650 нм, являющейся рабочей для систем связи, применяются в основном только светодиоды, что связано с отсутствием зеркал с очень высокой отражающей способностью, необходимых для изготовления соответствующих лазеров с вертикальными резонаторами.

Светодиоды с резонатором также используют в устройствах, требующих высокой яркости свечения (Streubeletal., 1998; Wirthetal., 2001, 2002). Для таких применений резонансная длина волны светодиодов выбирается в длинноволновой части спектра спонтанного излучения полупроводника, что обеспечивает максимальную интенсивность излучения во всех направлениях в пространстве.

Усиление спонтанного излучения, происходящее в структурах с резонаторами, можно с успехом использовать в разных типах светодиодов: полупроводниковых и полимерных. Первые светодиоды с резонатором на основе твердых растворов GaAsпоявились в 1992 г. (Schubertetal., 1992а). Примерно через год было сообщено об изготовлении светодиодов данного типа на основе органических материалов (Nakayamaetal., 1993).

Предприняты попытки создать резонаторные структуры, усиливающие спонтанное излучение, на основе микрорезонаторов, легированных эрбием (Schubertetal., 1992b). Излучательные переходы при участии атомов эрбия характеризуются узкой линией люминесценции, совпадающей с оптической модой резонатора. До настоящего времени светодиоды с микрорезонатором, легированным эрбием, не созданы. Однако это очень перспективные устройства, и высока вероятность того, что они появятся в ближайшем будущем.

 

Источник:

 Шуберт Ф. Светодиоды / Пер. с англ. под ред. А.Э. Юновича. — 2-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. – 496 с. – ISBN 978-5-9221-0851-5.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты