Telekommunikatsiya texnologiyalari va kasbiy ta’lim fakultеti 4 bosqich tt-12-18S guruh talabasining

3.2 Yorug’lik diodlari
Yorugiik diodi nomonoxromatik va nokogerent nurlanish manbayi boiib, uni tayyorlashda GaAs, GaAlAs, InGaAsP, GaP, SiC kabi to‘g‘ri zonah yarimo‘tkazgich materiallardan foydalaniladi. 9-a rasmda GaAs asosidagi yorugiik diodining odatiy tuzilishi ko‘rsatilgan. U n turdagi GaAs qatlami sirtiga rux atomlarini diffuziya qilib, p - GaAs qatlamini shakllantirish va shu tariqa p-n o‘tishli tuzilma hosil qilish yo’li bilan tayyorlanadi. So‘ngra p - GaAs v an - GaAs qatlamlarining tashqi sirtlari mos ravishda aluminiyli va AuGe aralashmali pardasimon metallashtirilgan qatlam lar bilan qoplanadi va ularga oltin simli chiqqichlar o‘rnatiladi. Asbob asosini tashkil etgan kristallning yuza sirti o‘lchamlari 0,3 - 0,5 mm li kvadrat ko‘rinishiga ega bo‘ladi.
Tolali optik aloqa tizimlarida nurlanuvchi sirt yuzasi nisbatan kichik o‘lchamli (d 50 mkm) yorug‘lik diodlaridan foydalaniladi (9-b rasm). Buning uchun yorug‘lik diodi emitter sohasi (p -GaAs sohasi)ning chetki qismlari protonlar bilan bombardimon qilinadi. Natijada bu qismlar nurlanish sohasini cheklovchi amorf tuzilishli dielektrik qatlamga aylanadi.
Injeksion yorug‘lik diodi (uni bundan keyin qisqacha qilib, yorug‘lik diodi deb ataymiz) p-n tuzihshli optoelektron asbob bo‘lib, uning ish mexanizmi to‘g‘ri ulangan p-n o‘tish orqali n sohadan p sohaga injeksiyalanayotgan elektronlar va p sohadan n sohaga

9-rasm. Yorug‘lik diodining tuzilishi
injeksiyalanayotgan kovaklarning o‘zaro rekombinatsiyasi jarayonidan foydalanishga asoslangan. Bu jarayon natijasida elektronlar yuqori energiyali qo‘zg‘algan holatdan (o'tkazuvchanlik energetik sohasidan) quyi energiyali qo‘zg‘almagan holatga (valent elektronlarining energetik sohasiga) o‘tib, p-n o‘tish va unga yaqin hajmiy fazoda energiyasi quyidagi munosabat bilan aniqlanadigan fotonlar — yorug‘lik nurlanishi hosil bo‘ladi:

Bunda:
h — Plank doimiysi; v — yorug‘lik chastotasi;
W_mes — yarim o‘tkazgich materiali m an etilgan energetik sohasining kengligi.
3.3 Yorug‘lik diodi quyidagi asosiy xarakteristikalar bilan tafsivlanadi:
— volt-amper xarakteristika;
— vatt-amper xarakteristika; — spektral xarakteristika;
— yo'nalganlik diagrammasi.
Quyida bu xarakteristikalar bilan qisqacha tanishib chiqamiz.
Yorug‘lik diodi o‘zgarmas tok elektr zanjirining elementi sifatida volt-amper xarakteristikasi, ya ’ni diodga qo‘yilgan kuchlanish va undan oqib o‘tayotgan tok orasidagi bog‘lanish bilan tafsivlanadi (10-rasm). To‘g‘ri yo‘nalishda, ya’ni yorug‘lik diodiga qo‘yilgan kuchlanishning musbat qiym atlarida, undan noasosiy zaryad tashuvchilarning injeksiyasi tufayli hosil bo‘ladigan tok oqib o ‘tadi va bu xarakteristika barcha diodlar uchun xos bo‘lgan nochiziqli (eksponensial) ko‘rinishga ega. Chiz- malardan ko‘rinadiki, bu yo‘nalishda oqib o‘tadigan tokning keskin ortishi turli yorug‘lik diodlari uchun turli kuchlanishlarda, chunonchi, GaAs diodi uchun 1 V, InGaAsP diodi uchun 0,8 V atrofida yuz beradi. Bu hol yorug’lik diodlarini tayyorlash uchun ishlatiladigan yarim o‘tkazgich materiallari man etilgan energetik sohalari kengligining turlicha bo‘lishi bilan bog‘liq. Nurlanish chastotasi qanchalik kichik (ya’ni, to‘lqin uzunligi qancha katta) bo‘lsa, yorug‘lik diodidagi kuchlanish tushishi va demak, elektr energiyasining isrofi ham shunchalik kichik bo‘ladi.
Teskari yo‘nalishda, ya’ni yorugTik diodiga qo‘yilgan kuchlanishning manfiy qiymatlarida, undan noasosiy zaryad tashuvchilarning ekstraksiyasi tufayli hosil boTadigan juda kichik miqdordagi (nA va undan kichik) tok oqib o‘tadi. U ,esk kuchlanishning rnuayyan qiymatlarida p-n o ‘tishda sodir boTadigan teshilish hodisasi sababli bu tokning keskin ortib ketishi kuzatiladi (3.3-rasmda keltirilgan koordinata tizimining 4-kvadrantiga qarang). Yorug’lik diodining volt-amper xarakteristikasi umumiy holda quyidagi miqdoriy munosabat bilan aniqlanadi:

bunda, q — elektronning zaryadi; U — dioddagi kuchlanish tushishi, k — Boltsman doimiysi; T — absoiut harorat; A₁ vaA₂ — kuchlanishga bog’liq bo’lmagan parametrlar, n-son qiymati 2 4 oralig’ida yotgan o’lchamsiz kattalik. Bu kattalikning qiymati U kuchlanishning o‘zgarishi bilan biroz o‘zgarishi mumkin.
Yorug’lik diodining volt-amper xarakteristikasidan uning bir qator parametrlari, chunonchi, oqib o’tayotgan tokning berilgan qiymatlariga mos kelgan statik qarshilik R_st, differensial qarshilik R_dif., to‘g‘ri yo‘nalishda tokning keskin ortishiga mos kelgan bo‘sag‘a kuchlanishi U_bo‘s., tokning nominal qiymatiga mos kelgan U_nom. Kuchlanish, shuningdek, teskari yo‘nalishda ulangan diodning p-n oTishida sodir boTadigan teslrilish hodisasiga mos kelgan teshilish kuchlanishi U_tesh.ni aniqlash mumkin.
10-rasmdan ko‘rinadiki, yorug’lik diodiga qo‘yilgan kuchlanishning ozgina o‘zgarishi tok qiymatining keskin o‘zgarishiga olib keladi. Boshqacha aytganda, u tok bilan boshqariladigan asbob hisoblanadi. Bu hol yorug’lik diodining ish rejimini ta ’minlash uchun unga ketma-ket ravishda cheklovchi qarshilikni ulashni talab etadi.

10-rasm. GaAsP va InGaAs asosida tayyorlangan yorug‘lik diodlarining volt-amper xarakteristikalari
Yorug‘lik diodidan oqib o‘tadigan tok va uning nurlanish quwati orasidagi bog‘lanishni ifodalovchi egri chiziq vatt-amper yoki yorqinlik xarakteristikasi deb ataladi. Bu xarakteristika yorug'lik diodini tafsivlovchi eng muhim xarakteristikalardan biri hisoblanadi. Uning odatiy ko'rinishi 11-rasmda ketirilgan.
Rasmdan ko‘rinadiki, asbobdan oqib o‘tayotgan tokning ortishi bilan uning nurlanish quwati parabolik qonun bo'yicha ortadi. Bunda tok qiymatining 40—50 mA largacha ortishi nurlanish quwatining 50—60 mkW largacha ortishiga olib keladi.
Vatt-amper xarakteristikasini shartli ravishda uchta bo‘lak — nurlanish quwatining kichik qiymatlariga mos keluvchi nochiziqli boshlang'ich birinchi bo’lakdan, bu quvvatning bir-ikki tartibga ortishiga mos keladigan, deyarli to‘g‘ri chiziqli ikkinchi bo‘lakdan va nihoyat, nurlanish quw ati to'yinishga chiqadigan uchinchi bo‘lakdan iborat deb qarash mumkin.
Vatt-amper xarakteristikasini umumiy holda ko‘rsatkichli funksiya ko‘rinishidagi quyidagi m unosabat orqali ifodalash mumkin:

11-rasm: Yorug‘lik diodining vatt-amper xarakteristikasi.
bunda n = n ( j, X, T, P), ya’ni tokning zichligi, nurlanish to ‘lqin uzunligi, ishchi harorat va nurlanish quwatiga bog‘liq kattalik. Uy harorati sharoitida GaAs diodi uchun bu kattalikning son qiymati 1,2 1,3 oraliqda yotadi. Yorug’lik diodi vatt-amper xarakteristikasining chiziqli bo’lagini quyidagi munosabat orqali ifodalash mumkin:

bunda _chiq — nurlanishning chiqish jarayonidagi f.i.k., _ichki — yorugMikning ichki (generatsiyalanish jarayonidagi) f.i.k., I/q — aktiv qatlamga vaqt birligida injeksiyalanadigan noasosiy zaryad tashuvchilarning soni.