Коммуникациялари техникуми оптик алоқа тизимлари

4.3. Ёруғлик диодлари. Ёруғлик диодларининг турлари, характеристика ва параметрлари


Ёруғлик диодини тайёрлашда ёруғликни осон нурлантирадиган, GaAs, GaAlAs, InGaAsP, GaP, SiC каби тўғри зонали ярим ўтказгич материаллардан фойдаланилади. Агар 3-4 турдаги элементлардан фойдаланилса, компонентларнинг ўзаро нисбатига мос ҳолда тақиқланган зона Е_q энергияси ўзгаради. Бу билан турли тўлқин узунликларини нурлантирувчи манбаларни яратишга имкон туғилади. Компонентларнинг ўзаро нисбатини ўзгаришидан синдириш коэффициенти ҳам ўзгаради.
Уч элементли кимёвий бирикмалар қуйидагича тасвирланиши мумкин:

Al_xGa_1-xAs, 0£x£1,

бу ерда х – компонент қисм (моляр масса).

p-n ўтишли турли материаллардан тузилган бундай ярим ўтказгичлар гетеротузилиш ёки гетероўтиш дейилади.
ЁД ларнинг параметрлари:
- нурланишнинг тўлқин узунлиги λ,
- нурланиш спектрининг кенглиги Δλ,
- нурланиш қуввати Р_нур,
- ноасосий заряд ташувчиларнинг яшаш вақти t ва
- нурланиш қувватининг йўналганлик диаграммаси Ө.
ЁД йўналганлик диаграммаси кенглиги юза текислигида 120⁰ ни ташкил этади (4.3-расм)

4.3-расм. Ёруғлик диодининг йўналганлик диаграммаси.

Оптик толага киритиш мумкин бўлган максимал қувват Р_с, сонли апертурадан аниқланади ва қуйидаги формуладан хисобланади:

Р_с= P_o (NA)². (4.3)

Р_о - манба учун тўлиқ нурланиш қуввати.

ЁДдан оптик толага киритиладиган қувват, унинг сонли апертураси квадратига пропорционал. NA қиймати 0,15...0,24 оралиқда танланади. Агар NA=0,2 га тенг бўлса, унда толага киритиш самарадорлиги 4% дан ошмайди, бу қувватни 14 дБга йўқотилишига мос келади.
Шу тариқа ЁДдан фойдаланиш нурланишни толага самарали киритиш муаммосини юзага келтиради. Бу муаммо нурланишни толага киритишни юқори коэффициентини таъминловчи махсус ёруғлик диодларини қайта ишлаш, шунингдек микролинзаларни қўллаш ёрдамида ҳал қилинади.
ЁДни асосий икки тури мавжуд:
1. Сиртдан нурлантирувчи ЁД,
2. Ёнидан нурлантирувчи ЁД.
ОА тизимларида қўлланиладиган GaAs асосидаги сиртдан нурлантирувчи ЁДининг одатий тузилиши кўрсатилган 4.4-расмда кўрсатилган.
Оптик тола билан физик мослашув ва ёруғликни кучли ютилишини олдини олиш учун GaAs ли сохага чуқурча ўйилади. Нурланувчи сирт юзаси нисбатан кичик ўлчамли (d ≈50 мкм) бўлиб, оптик тола диаметрига мос равишда танланади. Нурни оптик толага киритишдаги йўқотишлар мослаштирувчи қурилма қўлланилмаган холда толани NA сонли апертурасига боғлиқ бўлади ва 14...20 дБ ни ташкил этади. Мослаштирувчи қурилмаларни қўллаш бу йўқотишларни камайтиришга имкон беради.

4.4-расм. Сиртдан нурлантирувчи ЁД тузилиши: 1-оптик тола; 2-ёпиштирувчи таркиб; 3-электрод.

Ёнидан нурлантирувчи ЁД тузилиши 4.5-расмда кўрсатилган. Ёнидан нурлантирувчи(ёнидан нурлантирувчи) ЁД ларда иккиталик гетеротузилиш ишлатилади.

4.5-расм. Ёнидан нурлантирувчи ЁД нинг тузилиши.

4.6 а ва b расмларда мос равишда бир томонлама чегарали гетеротузилиш БГТ ва икки томонлама чегарали гетеротузилиш ИГТ кўрсатилган. БГТли ЁД ларда тўғри силжитиш таъсирида электронлар р-n ўтиш орқали инжекцияланади, сўнг р(GaAs) - p(Al_xGa_1-xAs) ўтишни потенциал барьери билан тутиб қолинади.

Нурланиш рекомбинацияси кўпинча d қалинликли актив сохада рўй беради.
ИГТ анча юқори хусусиятларга эга. Бундай тузилишда актив нурланиш рекомбинацияси (4.6-расм) ўнг ва чапдаги потенциал барьерлар эвазига р-соҳада (GaAs) кузатилади ва нурланишни амалда d соҳа доирасида юзага келишига ёрдам беради.

4.6-расм. Бир (а) ва икки томонлама (b) чегарали

гетеротузилишлар.

Ёнидан нурлантирувчи БГТ ва ИГТларни ишлатиш нурланишни юзада тарқалишини камайтиради. Нормал p-n ўтишда тахминан 30⁰ гача камайтиради.

Сиртдан нурлантирувчи ЁД ларга нисбатан ёнидан нурлантирувчи ЁД ларни нурланиш қуввати 2-5 марта кичик бўлади. Бироқ, ёнидан нурлантирувчи ЁД да йўналганлик диаграммасининг торлиги эвазига нурни оптик толага киритишда йўқотишлар кам бўлади ва NA га боғлиқ равишда 10...16 дБ ни ташкил этади.
ЁД ларда нурланиш қуввати 0,01...0,1 мВт га тенг.