Optik aloqa tizimlarining aktiv elementlari

4.3. Yorug‘lik diodlari. Yorug‘lik diodlarining turlari, xarakteristika va parametrlari

Yorug‘lik diodini tayyorlashda yorug‘likni oson nurlantiradigan, GaAs, GaAlAs, InGaAsP, GaP, SiC kabi to‘g‘ri zonali yarim o‘tkazgich materiallardan foydalaniladi. Agar 3-4 turdagi elementlardan foydalanilsa, komponentlarning o‘zaro nisbatiga mos holda taqiqlangan zona Ye_q energiyasi o‘zgaradi. Bu bilan turli to‘lqin uzunliklarini nurlantiruvchi manbalarni yaratishga imkon tug‘iladi. Komponentlarning o‘zaro nisbatini o‘zgarishidan sindirish koeffitsienti ham o‘zgaradi.

Uch elementli kimyoviy birikmalar quyidagicha tasvirlanishi mumkin:

Al_xGa_1-xAs, 0£x£1,

bu yerda x – komponent qism (molyar massa).

p-n o‘tishli turli materiallardan tuzilgan bunday yarim o‘tkazgichlar geterotuzilish yoki geteroo‘tish deyiladi.
YoD larning parametrlari:
- nurlanishning to‘lqin uzunligi λ,
- nurlanish spektrining kengligi Δλ,
- nurlanish quvvati R_nur,
- noasosiy zaryad tashuvchilarning yashash vaqti t va
- nurlanish quvvatining yo‘nalganlik diagrammasi Ө.
YoD yo‘nalganlik diagrammasi kengligi yuza tekisligida 120⁰ ni tashkil etadi (4.3-rasm)



4.3-rasm. Yorug‘lik diodining yo‘nalganlik diagrammasi.

Optik tolaga kiritish mumkin bo‘lgan maksimal quvvat R_s, sonli aperturadan aniqlanadi va quyidagi formuladan xisoblanadi:

R_s= P_o (NA)². (4.3)

R_o - manba uchun to‘liq nurlanish quvvati.

YoDdan optik tolaga kiritiladigan quvvat, uning sonli aperturasi kvadratiga proporsional. NA qiymati 0,15...0,24 oraliqda tanlanadi. Agar NA=0,2 ga teng bo‘lsa, unda tolaga kiritish samaradorligi 4% dan oshmaydi, bu quvvatni 14 dBga yo‘qotilishiga mos keladi.
Shu tariqa YoDdan foydalanish nurlanishni tolaga samarali kiritish muammosini yuzaga keltiradi. Bu muammo nurlanishni tolaga kiritishni yuqori koeffitsientini ta’minlovchi maxsus yorug‘lik diodlarini qayta ishlash, shuningdek mikrolinzalarni qo‘llash yordamida hal qilinadi.
YoDni asosiy ikki turi mavjud:
1. Sirtdan nurlantiruvchi YoD,
2. Yonidan nurlantiruvchi YoD.
OA tizimlarida qo‘llaniladigan GaAs asosidagi sirtdan nurlantiruvchi YoDining odatiy tuzilishi ko‘rsatilgan 4.4-rasmda ko‘rsatilgan.
Optik tola bilan fizik moslashuv va yorug‘likni kuchli yutilishini oldini olish uchun GaAs li soxaga chuqurcha o‘yiladi. Nurlanuvchi sirt yuzasi nisbatan kichik o‘lchamli (d ≈50 mkm) bo‘lib, optik tola diametriga mos ravishda tanlanadi. Nurni optik tolaga kiritishdagi yo‘qotishlar moslashtiruvchi qurilma qo‘llanilmagan xolda tolani NA sonli aperturasiga bog‘liq bo‘ladi va 14...20 dB ni tashkil etadi. Moslashtiruvchi qurilmalarni qo‘llash bu yo‘qotishlarni kamaytirishga imkon beradi.

4.4-rasm. Sirtdan nurlantiruvchi YoD tuzilishi: 1-optik tola; 2-yopishtiruvchi tarkib; 3-elektrod.

Yonidan nurlantiruvchi YoD tuzilishi 4.5-rasmda ko‘rsatilgan. Yonidan nurlantiruvchi(yonidan nurlantiruvchi) YoD larda ikkitalik geterotuzilish ishlatiladi.

4.5-rasm. Yonidan nurlantiruvchi YoD ning tuzilishi.

4.6 a va b rasmlarda mos ravishda bir tomonlama chegarali geterotuzilish BGT va ikki tomonlama chegarali geterotuzilish IGT ko‘rsatilgan. BGTli YoD larda to‘g‘ri siljitish ta’sirida elektronlar r-n o‘tish orqali injeksiyalanadi, so‘ng r(GaAs) - p(Al_xGa_1-xAs) o‘tishni potensial bareri bilan tutib qolinadi.

Nurlanish rekombinatsiyasi ko‘pincha d qalinlikli aktiv soxada ro‘y beradi.
IGT ancha yuqori xususiyatlarga ega. Bunday tuzilishda aktiv nurlanish rekombinatsiyasi (4.6-rasm) o‘ng va chapdagi potensial barerlar evaziga r-sohada (GaAs) kuzatiladi va nurlanishni amalda d soha doirasida yuzaga kelishiga yordam beradi.



4.6-rasm. Bir (a) va ikki tomonlama (b) chegarali
geterotuzilishlar.

Yonidan nurlantiruvchi BGT va IGTlarni ishlatish nurlanishni yuzada tarqalishini kamaytiradi. Normal p-n o‘tishda taxminan 30⁰ gacha kamaytiradi.

Sirtdan nurlantiruvchi YoD larga nisbatan yonidan nurlantiruvchi YoD larni nurlanish quvvati 2-5 marta kichik bo‘ladi. Biroq, yonidan nurlantiruvchi YoD da yo‘nalganlik diagrammasining torligi evaziga nurni optik tolaga kiritishda yo‘qotishlar kam bo‘ladi va NA ga bog‘liq ravishda 10...16 dB ni tashkil etadi.
YoD larda nurlanish quvvati 0,01...0,1 mVt ga teng.