Зеленый светодиод характеристики. Существуют следующие основные характеристики светодиодов:

Содержание

1. Зеленый светодиод характеристики. Существуют следующие основные характеристики светодиодов:
2. Ик светодиоды характеристики. Светодиоды инфракрасного излучения
   • Технические характеристики
   • Направления по развитию инфракрасных светодиодов
   • Применение
   • Мнение практиков
3. Основные характеристики светодиодов. Характеристики светодиодов
   • Рабочий ток светодиодов
   • Напряжение светодиодов
   • Мощность светодиодов

Зеленый светодиод характеристики. Существуют следующие основные характеристики светодиодов:

Эффективность (светоотдача).

Отношение светового потока к потребляемой мощности (Лм/Вт). Это та величина, которая в первую очередь попадает во внимание специалистов, потому что именно по эффективности определяется применимость светодиодов для систем освещения. Для сравнения:

• лампочка накаливания 8-12 Лм/Вт;
• люминесцентные (энергосберегающие) лампы 30-40 Лм/Вт;
• современные светодиоды 120-140 Лм/Вт;
• газоразрядные лампы (ДРЛ) 50-60 Лм/Вт.

Показатели очень хорошие, что позволяет успешно конкурировать с люминесцентными, натриевыми, галогеновыми лампами. Более того, светодиоды уже выигрывают по этому показателю у газоразрядных ламп, т.к. весь световой поток у них идет в одну полуплоскость, поэтому не требуются разного рода отражатели.

Цветовая температура.

Рис.3 Шкала световых температур

Цветовая температура используемых светодиодов: 2500 Кельвинов- 9500 Кельвинов.

2500-3000 Кельвинов: теплый белый свет. (warm white или сокращенно WW) Он ближе к лампам накаливания.
4000-5000 Кельвинов: нейтральный белый свет.( white neutral или сокращенно NW)
6500-9500 Кельвинов: холодный белый свет. (cold white или сокращенно CW)

По источникам независимых исследований, именно нейтральный белый свет является наиболее комфортным для офисной работы, и в нем предметы становятся наиболее четкими.Нашей компание используются светодиоды с нейтральным светом .Кроме того, в осветительных приборах мы используем цветные светодиоды (основные цвета : красный, синий, зеленый, желтый) и светодиоды RGB(полноцветный светодиод).

Мощность светодиодов.

Малой мощности: до 0,5 Вт (20-60 мА).

Рис.4 Маломощные индикаторные светодиоды

Рис.5 Маломощные smd (slt) светодиоды

Средней мощности: 0,5-3 Вт (100-700 мА).

Рис.6 Светодиоды SEOULSEMICONDUCTOR, Корея, 0,5 Вт (150 мА)

Рис.7 Светодиоды Epistar , Тайвань, 1 Вт , 300 мА

Рис.8 Светодиоды NICHIA, Япония, 1 Вт, 300 мА

Большой мощности: более 3-х Вт (1000 мА и более).

Ик светодиоды характеристики. Светодиоды инфракрасного излучения

Светодиоды, как и любые другие приборы освещения, на сегодняшний день имеют большое разнообразие форм и цветов. Они могут выдавать световой поток любого оттенка. Что касается инфракрасных светодиодов, то их излучение находится на границе восприятия глаз человека. Данная особенность влияет на сферу их применения.

Светодиоды инфракрасного излучения

Технические характеристики

Они могут вырабатывать волны в диапазоне 0,74 – 2 000 мкм. Свет в этих границах – понятие условное, но это и не излучение. Данный спектр доступен не всем людям.

Исходя из вышесказанного, стандартные характеристики светодиодов к ним не подходят. Тут больше применимы такие параметры, как:

1. Мощность генерируемого излучения.
2. Интенсивность светового потока. С помощью данного параметра излучающая система собирает и направляет излучение. Измеряется в ваттах и стерадианах.

Многие виды деятельности не нуждаются в постоянной подаче энергии, поэтому становится возможным генерировать импульсный сигнал. При помощи схемы можно значительно увеличить мощность.

Направления по развитию инфракрасных светодиодов

Производители постоянно сталкиваются со следующими проблемами: чтобы создать мощный диод, нужен большой кристалл, но, к сожалению, цена в этом случае значительно вырастает. При скреплении двух кристаллов в один увеличивается зона нерабочей площади, что влечет за собой потерю мощности. При работе мощного диода выделяется большое количество энергии, а соответственно и тепла, что ведет к перегреву схемы.

Светодиоды различного спектра

Есть следующие варианты решения таких проблем:

1. На данный момент возможно делать кристаллы размером до 1 мм2. Это позволяет увеличить силу тока за счет уменьшения сопротивления.
2. Постоянно идет разработка более новых и современных отражателей. Их КПД значительно больше. Они собирают излучение боковых граней и направляют его в центр.
3. Также все время проводится работа над оптическими системами с большим коэффициентом преломления. Они позволяют собрать в одно целое излучение с боков рассеивателя.

Применение

Силы, потраченные на ликвидацию проблем, описанных выше, уходят не напрасно. Светодиоды инфракрасного излучения отдельно не используются. Их применяют в составе других схем и оборудований, сфера использования которых все увеличивается. Именно поэтому нужны диоды, мощность которых становится больше, а цветовой спектр расширяется.

Наиболее распространено применение светодиодов для работы в темное время суток. Рассмотрим прибор ночного видения. Чем мощнее в нем будет светодиод, тем больше радиус возврата полноценного изображения. Но здесь еще можно применить импульсы, чего не скажешь про

Высококлассные продукты цифровой техники диктуют спрос на рынке. Они используются человеком каждый день. В 2007 г. опция ночной съемки была большой редкостью, а сейчас она – неотъемлемая часть техники. Все это благодаря развитию инфракрасных светодиодов.

Применение инфракрасного излучения в аграрной промышленности

Мнение практиков

Высококвалифицированные инженеры связывают эти результаты с определенной проблемой. Потому как достижение высокой мощности сопровождается перегревом. Малейший сбой в работе системы ведет к потере эффективности прибора и даже выходу из строя кристалла.

Применяя импульсную систему, нужно придерживаться постоянного напряжения. Малейшее отклонение от нормы приведет к некачественному излучению. К таким системам нужно относиться очень трепетно и обслуживать регулярно.

Сфера применения светодиодов будет постоянно расширяться, так как спрос на такие приборы растет с каждым днем, а характеристики со временем улучшаются. Основную нишу по продаже этой продукции на рынке заняли китайцы. Их инфракрасные светодиоды не всегда качественные. Остается надеяться, что рыночная конкуренция со временем заставит продукцию подешеветь, а качество ее будет только расти.

Основные характеристики светодиодов. Характеристики светодиодов

Основные характеристики светодиодов подразделяются на электрические и световые. С одной стороны, электрические – это рабочий ток, напряжение, мощность. С другой стороны, световые характеристики светодиодов – световой поток, сила света (эффективность). А также цветовая температура, габариты и угол рассеивания.

Рабочий ток светодиодов

Светодиоды работают только от определенной силы тока. Эта характеристика наиболее важна для работоспособности светодиода. Даже небольшое превышение рабочей силы тока приведет к быстрой деградации светодиода. А в результате выходу его из строя. Чуть более высокое превышение силы тока ведет к мгновенному перегоранию светодиода.

Ток светодиодов, несомненно, зависит от их мощности. Более мощные светодиоды работают на более высоком токе. В светодиодных лампах и светильниках устанавливаются драйвера. Они ограничивают ток именно до тех параметров, которые нужны для светодиодов, установленных в этих приборах. Часто требуется подключить светодиод отдельно. В этом случае необходимо знать его характеристики. Для того чтобы ограничить ток соответствующим драйвером, токоограничивающим резистором или конденсатором.

Напряжение светодиодов

Рабочее напряжение светодиодов зависит от полупроводников и других химических элементов, использованных при изготовлении этих светодиодов. Применение разных типов материалов для изготовления существующих видов светодиодов ведет к излучению света различных цветов. То есть рабочее напряжение можно определить по цвету светодиода. Иначе говоря, светодиоды разных цветов имеют разное рабочее напряжение.

Для питания светодиодных лент и светильников обычно используются драйвера или блоки питания. Как правило у них на выходе 12 вольт постоянного тока. К примеру. От такого источника можно запитать цепочку из последовательно соединенных светодиодов с рабочим напряжением 3 вольта. Исключим в этом примере падение напряжения на токоограничивающем резисторе. Безусловно, такая последовательная цепь может состоять только из четырех светодиодов. Пятый светодиод, если включить его в эту цепь, работать не будет. Каждый из светодиодов, грубо говоря, забирает из 12 вольт питания по 3 вольта.

Эту характеристику светодиода называют напряжением падения. В данном случае у каждого из светодиодов напряжение падения составляет 3 вольта. Другими словами. Падение напряжения – это напряжение, возникающее на выводах светодиода при протекании через него прямого рабочего тока. Эту характеристику иногда и называют рабочим напряжением светодиода. Хотя, строго говоря, таких характеристик, как напряжения питания или рабочее напряжение, у светодиода нет. Как впрочем и у любого диода.

Мощность светодиодов

Мощность светодиода зависит от его рабочего тока и падения напряжения на нем. Падение напряжения разных светодиодов колеблется в диапазоне, примерно, 1,5 – 4 вольта. Рабочий ток индикаторных и маломощных светодиодов обычно составляет 15 – 20 мА. Ток мощных осветительных светодиодов может быть 150, 350, 750 мА и доходить до 1А.

Часто для повышения яркости светодиода используют повышение его рабочего тока до очень больших величин. При этом необходимо помнить.  Применение для светодиодов такого большого тока ведет к их чрезмерному нагреву. А также быстрой деградации и выходу из строя. Хотя этого можно избежать. При условии, что питании светодиодов большим током, для повышения их яркости, использоваться система охлаждения. Для этого применяются достаточно массивные радиаторы из алюминия или даже меди. Более того, в некоторых случаях применяется принудительный обдув воздухом с помощью вентилятора-кулера. Хорошее охлаждение светодиодов при их работе на большом токе снижает риск потери их работоспособности. Однако, но не исключает его совсем.

P=U×I

Чтобы определить мощность (P) светодиода необходимо умножить напряжении (U) на силу тока (I). К примеру, мы возмем максимальные для светодиодов 4 вольта и 1 ампер. В результате мы получим самый мощный светодиод мощностью 4 Ватта. Безусловно, это будет осветительный светодиод. Несомненно, работающий от тока с не характерной, искусственно завышенной для светодиодов, силой.

Поэтому нужно понимать. Если разговор идет о 10 ваттном или даже 100 ваттном светодиоде. Несомненно, имеется в виду лампа или светильник. Они состоят из нескольких штук или десятков штук светодиодов. Или же речь идет о светодиодной сборке, например, COB типа. Иными словами, 100 кристаллов-светодиодов, каждый мощностью 1 Ватт, припаиваются на единую плату. И все это заливается слоем люминофора. Так и получается светодиод мощностью 100 Ватт.

Светодиод мощный 1Вт Зеленый 020817 ARPL-1W-EPL35 Arlight

Светодиод мощный 1Вт Зеленый 020817 ARPL-1W-EPL35 Arlight

Сопутствующие товары

В наличии

Артикул: 50199 алюминиевая плата 1Led HAL MONO STAR (Emitter 1x, W) алюминиевая плата 1Led HAL MONO STAR (Emitter 1x, W) Производитель: Turlens

Подробнее

КУПИТЬ В 1 КЛИК

Оптовая цена В избранное

Похожие товары

В наличии

Артикул: 90614 светодиод мощный 1Вт Желтый 021954 ARPL-1W-EPL38 Yellow светодиод мощный 1Вт Желтый 021954 ARPL-1W-EPL38 Yellow Производитель: Arlight

69 Р

Цвет: 

Подробнее

КУПИТЬ В 1 КЛИК

Оптовая цена В избранное

В наличии

Артикул: 77659 светодиод мощный 1Вт Ультрафиолетовый 019595 ARP. .. светодиод мощный 1Вт Ультрафиолетовый 019595 ARPL-1W-EPL UV400 Производитель: Arlight

44 Р

Цвет: 

Подробнее

КУПИТЬ В 1 КЛИК

Оптовая цена В избранное

Доступно к заказу

Артикул: 77658 светодиод мощный 1Вт Инфракрасный 019593 ARPL-1W-… светодиод мощный 1Вт Инфракрасный 019593 ARPL-1W-EPL IR850 Производитель: Arlight

55 Р

Цвет: 

Подробнее

КУПИТЬ В 1 КЛИК

Оптовая цена В избранное

SALE

В наличии

Артикул: 52176 светодиод мощный 0. 5Вт Желтый 008809 ARPL-0.5W Уценка!!! светодиод мощный 0.5Вт Желтый 008809 ARPL-0.5W Уценка!!! Производитель: Arlight

78 Р 35 Р

Цвет: 

Подробнее

КУПИТЬ В 1 КЛИК

Оптовая цена В избранное

SALE

В наличии

Артикул: 52177 светодиод мощный 0.5Вт Синий 007218 ARPL-0.5W Уценка!!! светодиод мощный 0.5Вт Синий 007218 ARPL-0.5W Уценка!!! Производитель: Arlight

78 Р 35 Р

Цвет: 

Подробнее

КУПИТЬ В 1 КЛИК

Оптовая цена В избранное

Доступно к заказу

Артикул: 86213 светодиод мощный 1Вт Белый 020954 ARPL-1W-BCX2345 светодиод мощный 1Вт Белый 020954 ARPL-1W-BCX2345 Производитель: Arlight

30 Р

Цвет: 

Подробнее

КУПИТЬ В 1 КЛИК

Оптовая цена В избранное

Что такое зеленый светодиод? -зеленый светодиодный чип

• Related Posts

Как светодиод излучает красный, зеленый и синий свет

Светящийся цвет и светоотдача светодиода связаны с материалом и процессом изготовления светодиода. В настоящее время широко используются красный, зеленый и синий цвета. Поскольку рабочее напряжение светодиода низкое (всего 1,5-3 В), он может активно излучать свет и имеет определенную яркость. Яркость можно регулировать напряжением (или током). Он ударопрочный, виброустойчивый и имеет длительный срок службы (100000 часов). Различные материалы светодиода могут производить фотоны с разной энергией, которая может контролировать длину волны света, излучаемого светодиодом, то есть спектр или цвет.

Первым в истории светодиодным материалом является арсенид галлия (GA). Падение напряжения на его прямом PN-переходе (VF, что можно понимать как напряжение освещения или рабочее напряжение) составляет 1,424 В, а излучаемый свет относится к инфракрасному спектру. Другим широко используемым светодиодным материалом является фосфид галлия (GA), у которого падение напряжения на прямом PN-переходе составляет 2,261 В, а излучаемый свет зеленый. Основываясь на этих двух материалах, структура материала Gaas1 xpx для промышленного применения светодиодов теоретически может производить светодиоды с любой длиной волны от инфракрасного света до зеленого света. Нижний индекс x представляет процентную долю фосфора, замещающего мышьяк.

Обычно длину волны и цвет светодиода можно определить по падению напряжения на PN-переходе. Типичными из них являются красный светодиод gaas0.6p0.4, оранжевый светодиод gaas0.35p0.65 и желтый светодиод gaas0.14p0.86. Из-за использования галлия, мышьяка и фосфора эти светодиоды широко известны как трехэлементные светоизлучающие трубки. Синий светодиод GaN, зеленый светодиод GaN и инфракрасный светодиод GaAs называются двухэлементными светодиодами. В настоящее время последним процессом является изготовление четырехэлементного светодиода из AlGaInN, который смешивается с алюминием (AL), кальцием (CA), индием (in) и азотом (n). Четырехэлементный светодиод может охватывать весь видимый свет и часть ультрафиолетового спектра.

Что такое белый светодиод

Вообще говоря, существует два способа синтеза белого светодиода. Первый — это RGB, то есть красный светодиод + зеленый светодиод + синий светодиод. Основная проблема этого метода заключается в низкой эффективности преобразования зеленого света. Теперь эффективность преобразования красного, зеленого и синего светодиодов составляет 30%, 10% и 25% соответственно, а эффективность белого люмена может достигать 60 лм/Вт. достигает 200 лм / Вт. Из-за разной цветовой температуры и индекса цветопередачи, требуемых синтетическим белым светом, эффективность светового потока каждого цветного светодиода синтетического белого света различна.

С дальнейшим развитием глубокого согласования цветов и баланса белого белого светодиода люди надеются, что спектр, координаты цветности, цветопередача и соответствующая цветовая температура белого светодиода, используемого в качестве источника света, могут соответствовать соответствующим стандартам CIE и Китая, в противном случае его следует считать неквалифицированным.

Мы суммируем фотохромные характеристики белых светодиодов с соответствующей цветовой температурой 80004000 К и их взаимосвязь с прямым током. В течение долгого времени было трудно реализовать низкую цветовую температуру (< 4000K) и высокую цветопередачу белого светодиода в соответствии с текущей основной схемой, которая представляет собой комбинацию чипа InGaN Blue LED и желтого люминофора CE с активированным редкоземельным гранатом. Из-за отсутствия красной составляющей в спектре излучения желтого люминофора. Поэтому большинство отчетов ограничивается белыми светодиодами с высокой цветовой температурой выше 5000K.

Хотя белые светодиоды доступны, не хватает белых светодиодов с низкой цветовой температурой. В настоящее время имеется несколько сообщений о белых светодиодах с низкой цветовой температурой, состоящих из синих чипов и люминофоров. Поэтому разработка белых светодиодов с низкой цветовой температурой (< 4000K) и высокой цветопередачей имеет большое значение как для академических исследований, так и для применения.

Второй способ — светодиод + люминофоры разных цветов: первый способ — использовать ультрафиолетовый или фиолетовый светодиод + люминофор RGB для синтеза светодиода. Принцип работы этого метода аналогичен люминесцентным лампам, но по своим характеристикам превосходит люминесцентные лампы. Коэффициент преобразования фиолетового светодиода может достигать 80%, а квантовая эффективность преобразования различных цветных люминофоров может достигать 90%. Другой метод заключается в использовании синего светодиода + красно-зеленого люминофора, эффективность синего L-светодиода составляет 60%, эффективность люминофора составляет 70%, а синий светодиод + желтый люминофор используется для формирования белого света.

По сравнению с двумя методами, трехцветный RGB-светодиод обладает лучшими комплексными характеристиками синтеза белого света. При условии высокого индекса цветопередачи светоотдача может достигать 200 лм / Вт. Основная техническая проблема, которую необходимо решить, заключается в повышении эффективности электрооптического преобразования зеленого светодиода, которая в настоящее время составляет всего около 13%. , а цена высокая.

Диапазон длин волн зеленого светодиода

Красный свет: 615–650, оранжевый: 600–610, желтый: 580–595, желто-зеленый: 565–575, зеленый: 495–530, синий свет: 450–480, фиолетовый : 370-410, белый свет: 450-465.

 

Различные цвета свечения светодиодов соответствуют определенному диапазону длин волн излучения, а цвета свечения почти покрывают солнечный спектр. В настоящее время успешно получены ультрафиолетовые, синие, зеленые, желтые, красные и инфракрасные светодиоды. Кроме того, светодиоды имеют низкое рабочее напряжение, малый рабочий ток и просты в сборке, что делает их новым поколением энергосберегающих и низкоуглеродных источников света.

 

Для спектральных характеристик светодиодов мы в основном смотрим на то, хороша ли их монохроматичность, и мы должны обратить внимание на то, являются ли чистыми основные цвета красного, желтого, синего, зеленого и белого светодиодов.

 

Цвет света, видимый человеческому глазу, — это свет с длиной волны от 380 до 780 нм в электромагнитной волне. Цвет меняется с длиной волны; свет видимый и неосязаемый. Цвет существует только в глазах и мозгу живых существ, что влияет на восприятие яркости. Помимо оттенка цвета, есть еще размер цветовой области и другие визуальные факторы. Именно человеческий глаз заставляет один и тот же объект казаться разным людям в разных цветах.

Зачем использовать зеленые светодиоды под деревом

Взаимосвязь между световым спектром и фотосинтезом растений

В последние годы внимание исследователей привлекло влияние качества света на рост и морфологию растений. Например, китайские, европейские и американские академические круги сосредоточились на влиянии монохроматического светодиодного света на характеристики роста проростков тканевых культур. Израиль использует пластиковую ткань разных цветов в качестве материалов для покрытия, чтобы обсудить влияние на рост листовых овощей и лиственных растений.

Влияние диапазона спектра на биологию растений

★280~315нм оказывает минимальное влияние на морфологию и физиологические процессы

★315~400нм ) Коэффициент поглощения хлорофилла и каротиноидов является самым большим, что оказывает наибольшее влияние на фотосинтез. который оказывает значительное влияние на фотосинтез и эффекты фотопериода

★720 ~ 1000 нм Низкая скорость поглощения, стимулируют удлинение клеток, влияют на цветение и прорастание семян

★＞1000 нм преобразуются в тепло Влияние цвета света на фотосинтез. Автор — г-н Гарри Стайгер. Подзаголовок статьи указывает на то, что обычно считается, что цвет света влияет на фотосинтез. Разное, ведь в процессе фотосинтеза влияние цвета света не отличается, поэтому использование полного спектра наиболее благоприятно для развития растений.

 

Чувствительность растений к спектру отличается от чувствительности человеческого глаза. Самый чувствительный спектр человеческого глаза — 555 нм, что находится между желтым и зеленым светом. Он менее чувствителен к областям синего и красного света. Растения неодинаковы и наиболее чувствительны к красному спектру света. Он менее чувствителен к зеленому свету, но разница в чувствительности не так велика, как у человеческого глаза. Наиболее чувствительная область растения к спектру 400~700нм. Этот участок спектра обычно называют эффективной энергетической областью фотосинтеза. Энергия солнечного света составляет около 45 %. Находится в этом участке спектра. Поэтому, если для дополнения количества света используются искусственные источники света, спектральное распределение источника света также должно быть близко к этому диапазону.

 

Энергия фотонов, испускаемых источником света, различается в зависимости от длины волны. Например, энергия длины волны 400 нм (синий свет) в 1,75 раза больше энергии 700 нм (красный свет). Но для фотосинтеза эффект двух длин волн одинаков. В синем спектре избыточная энергия, которая не может быть использована для фотосинтеза, преобразуется в тепло. Другими словами, скорость фотосинтеза растений определяется количеством фотонов, которые растение может поглотить в диапазоне 400-700 нм, и не связана с количеством фотонов, испускаемых каждым спектром. А вот в общении обывателя считается, что цвет света влияет на скорость фотосинтеза. Растения имеют разную чувствительность ко всем спектрам. Это связано с особым поглощением пигментов листьями. Среди них наиболее известен хлорофилл. Но хлорофилл — не единственный пигмент, полезный для фотосинтеза. Другие пигменты также участвуют в фотосинтезе, поэтому эффективность фотосинтеза не может учитывать только спектр поглощения хлорофилла.

 

Различие в пути фотосинтеза также не связано с цветом. Энергия света поглощается хлорофиллом и каротином в листьях. Энергия преобразуется в глюкозу и кислород путем фиксации воды и углекислого газа посредством двух фотосинтетических систем. В этом процессе используется весь видимый спектр света. Поэтому влияние источников света разных цветов на фотосинтез практически одинаково.

Сине-зеленый светодиодный чип

Принцип работы светодиода заключается в том, что в случае прямой проводимости электроны и дырки, инжектированные в P/N-секцию диода, встречаются и рекомбинируют, а потенциальная энергия преобразуется в свет энергия. Длина волны испускаемого фотона (то есть цвет света) определяется шириной энергетической зоны полупроводника. С точки зрения непрофессионала, чем шире ширина энергетической зоны полупроводника, тем больше энергия испускаемых фотонов и тем короче соответствующая длина волны. Материальной основой современных синих и зеленых светодиодных устройств является полупроводник III-нитрид, который представляет собой четвертичную систему сплава AlGaInN, состоящую в основном из GaN и дополненную InN и AlN.

Древняя скульптура сидящего Будды на руинах буддийского храма Ват Махатхат в желто-зеленой ночной иллюминации. Sukhothai, Таиланд

В настоящее время большинство материалов светоизлучающих слоев с квантовыми ямами синих и зеленых светодиодных чипов состоят из сплава InxGa1-xN и GaN. Поскольку ширина энергетической зоны сплава InxGa1-xN зависит от соотношения InN, она может составлять 3,4 эВ (соответствует ширине полосы GaN) и 0,7 эВ (соответствует ширине полосы InN), поэтому теоретически эта система материалов может охватывать весь спектр видимого света. Однако современная технология подготовки материалов представляет собой технологию выращивания эпитаксиальных слоев на основе кристаллов GaN, с помощью которой можно выращивать только сплавы с более низким содержанием InN. Качество кристаллов сплава InxGa1-xN резко падает после состава InN x>15%.

Фактически, текущий технический уровень промышленности обычно достигает того, что эффективность электрооптического преобразования чипов синего света примерно вдвое выше, чем у зеленого света, потому что состав InN первых намного меньше, чем последний, а состав InN в устройствах зеленого света оценивается в 30%. % или более (Определение точного состава сплавов InGaN до сих пор является сложной научной проблемой в академических кругах). Другими словами, при существующей технологии трудно продолжать увеличивать состав InN, чтобы позволить устройствам из сплава InGaN эффективно излучать красный свет. Но, к счастью, уже в 19В 90-х годах фосфидная система группы III (также обычно обозначаемая как четвертичная система, AlGaInP) стала зрелой материальной основой для красных и желтых светодиодных устройств.

После завершения эпитаксиального роста MOCVD для изготовления светодиодных чипов на основе GaN требуется серия процессов формирования фотошаблона и физического травления или осаждения. Базовая структура обычных синих и зеленых светодиодных чипов требует следующей последовательной обработки устройства на эпитаксиальной пластине: (1) травление локальной области для обнажения проводящего слоя GaN n-типа; (2) Испарение прозрачной проводящей пленки NiAu или ITO; (3) ) проволочный электрод, осажденный из паровой фазы, включая p-электрод и n-электрод; (4) Пароотложенный пассивирующий защитный слой. Процесс обработки чипов требует строгого контроля качества, чтобы избежать таких проблем, как недостаточное механическое сцепление прокладки и загрязнение поверхности посторонними предметами, которые могут легко привести к выходу устройства из строя в процессе упаковки.

Понимание неэффективности синих и зеленых светодиодов

Что такое идеальный источник света? Конечно, это тот, который не тратит энергию на производство фотонов, которые охватывают самый глубокий фиолетовый цвет до ближнего инфракрасного, очень похоже на видимые солнечные лучи. Судя по этим показателям, излучение твердотельных источников, сочетающих выходную мощность красных, зеленых и синих светодиодов, обнадеживает. Тем не менее, есть еще много возможностей для улучшения.

Рассмотрим синий и зеленый источники, изготовленные из светодиодов на основе нитрида с квантовыми ямами GaInN. Для этих устройств производительность определяется тремя явлениями: падением, постепенным снижением эффективности по мере увеличения тока возбуждения; зеленая щель, постепенное снижение эффективности по мере увеличения содержания индия в множественных квантовых ямах, чтобы подтолкнуть излучение к более длинным волнам; и падение электрического потенциала, что приводит к резкому увеличению напряжения, которое необходимо приложить для обеспечения увеличения управляющего тока.

Решение всех трех проблем привело бы к значительному улучшению качества светодиодного источника света. Это позволило бы ему работать с более высокой эффективностью, обеспечивая при этом сильный спектральный выход во всем видимом спектре.

Много усилий уже было направлено на раскрытие физических механизмов, ответственных за падение эффективности и зеленый разрыв. Исследователи рассмотрели перетекание/перелив носителей, локализацию/делокализацию носителей, пьезоэлектрические поля и асимметричное распределение носителей в нескольких квантовых ямах, а также туннельные токи утечки. Многие из этих исследований пришли к выводу, что усиление процесса безызлучательной рекомбинации является причиной снижения эффективности при более высоких плотностях тока и более длинных длинах волн.

Между тем, многочисленные исследования падения электрического потенциала, как правило, фокусировались либо на скоплении тока, вызванном латеральной структурой, либо на недостаточном контактном потенциальном барьере между металлом и полупроводником, либо на высокой энергии активации акцептора магния, либо на тяжелом эффективном масса для отверстия.

Часто считалось, что проблема связана с падением омического потенциала.

Рис. 1. Общий процесс транспорта/рекомбинации носителей при работе светодиода на основе GaInN. Наша команда из лаборатории Акасаки Университета Мейдзё использует другой подход, пытаясь понять ограничения светодиодов на основе GaN. Мы меньше озабочены объяснением спада, падения потенциала и зеленой щели, а вместо этого поставили перед собой цель понять процесс рекомбинации и переноса внутри и снаружи нескольких квантовых ям, а также то, как это связано с неэффективностью внутри светодиода.

Хорошо известно, что более низкое значение внутренней квантовой эффективности возникает, когда меньшее количество электронов, инжектированных в квантовую яму, преобразуется в фотоны. Когда внутренняя квантовая эффективность падает, это может объяснить зеленый зазор и падение эффективности, а также может быть косвенной причиной падения электрического потенциала. Таким образом, очень важно понимать внутреннюю квантовую эффективность светодиода, поскольку это может помочь в разработке искусственных источников белого света, которые выводят эффективность на новый уровень.

Мы получили точное представление о внутренней квантовой эффективности светодиода, начав с изучения процессов переноса и рекомбинации носителей внутри устройства с помощью диаграммы энергетических зон (см. рис. 1). По существу, транспорт носителей состоит из трех частей: диффузионная инжекция из объемных слоев n и p в активную область с несколькими квантовыми ямами; дрейфовые потери, ограниченные объемным зарядом, к противоположному объемному слою из-за перелива носителя или перетекания; токи утечки, возникающие через поверхностный дефект, и туннельные токи утечки через прорастающие дислокации.

Рис. 2. Результаты численного расчета коэффициентов A(n) (а), B(n) (б) и C(n) (в) в зависимости от плотности носителей n соответственно. Из этих трех единственный процесс переноса носителей, который может привести к генерации света, — это процесс диффузионной инжекции в множественные квантовые ямы. Как только носители находятся в этой активной области, они могут либо подвергаться безызлучательным, выделяющим тепло процессам рекомбинации Шокли-Рида-Холла через внутренний дефект и рекомбинацию Оже, либо они могут излучать свет посредством бимолекулярной рекомбинации. Короче говоря, единственный процесс, приводящий к генерации света, — это диффузия-инжекция в множественные квантовые ямы с последующей бимолекулярной рекомбинацией.

Чтобы лучше понять внутреннюю квантовую эффективность, необходимо изучить коэффициент каждого процесса рекомбинации. Как показано на рисунке 1, носители, вставленные в множественные квантовые ямы из слоев типа n и p , теряют свою энергию в каждом процессе рекомбинации. В общем, до сих пор просто коэффициенты A , B и C использовались для выражения различных процессов в виде членов An , Bn ² и Cn ³ , которые объединены в то, что известно в сообществе исследователей светодиодов как модель ABC . В рамках этой структуры коэффициенты A , B и C считаются фиксированными по значению и не зависят от плотности носителей.

Переменные коэффициенты

Однако наше исследование показывает, что этот подход в корне ошибочен. Это потому что 9Коэффициенты 0121 ABC не фиксированы, но сильно зависят от тока возбуждения и плотности носителей (см. рис. 2). Для всех трех коэффициентов значения возрастают с плотностью носителей, прежде чем достигают пика, а затем существенно снижаются.

светодиод соответственно. Мы приписываем возрастающее значение коэффициентов ABC квантово-ограниченному эффекту Штарка и эффекту экранирования носителей. За последующим падением стоит инъекция высокого уровня в A и заполнение фазового пространства в B и C . Игнорируйте это и рассматривайте коэффициенты ABC как постоянные, и существует опасность непонимания реальных явлений внутри светодиода.

Чтобы получить более полное представление о двух проблемах, снижающих эффективность, очень важно иметь возможность измерять внутреннюю квантовую эффективность светодиода как функцию управляющего тока. Недавно мы разработали очень надежный способ сделать это, получая значение из зависимости общего ABC коэффициенты.

Наш подход состоит в том, чтобы определить абсолютное значение внутренней квантовой эффективности по одному из свойств коэффициентов ABC — то, что они имеют точки перегиба при одной и той же плотности носителей. Мы также опираемся на математическую модель, используя то, что дифференциал радиационного тока и нерадиационного тока постоянен только при управляющем токе, где коэффициенты ABC имеют точки перегиба.

Используя этот подход, наши измерения синих и зеленых светодиодов, проведенные нашими сотрудниками из Университета Мейдзё, позволили нам построить графики зависимости световой мощности от управляющего тока и приложенного напряжения (см. рис. 3 (а)). ). Как и ожидалось, светоотдача зеленого светодиода обычно ниже, чем у синего светодиода. Также обратите внимание, что при больших токах падение электрического потенциала, то есть наклон кривой ток-напряжение, у синего светодиода выше, чем у его зеленого родственника.

Рис. 4. Результаты измерения B(n) и времени жизни безызлучательных носителей в зависимости от управляющего тока для синего светодиода (а) и зеленого светодиода (б) соответственно. Используя наш подход, мы также построили график зависимости внутренней квантовой эффективности от управляющего тока. Как и ожидалось, эти графики иллюстрируют два самых больших недостатка GaN-светодиодов, а именно падение эффективности и зеленый зазор. Также очевидно, что снижение внутренней квантовой эффективности связано с меньшей светоотдачей зеленого светодиода по сравнению с его синим родственником. Ясно, что целью сообщества светодиодов является разработка устройства с небольшим падением электрического потенциала, наряду с высокой внутренней квантовой эффективностью, даже при высоких токах возбуждения и более длинных длинах волн.

Чтобы более подробно изучить три проблемы, снижающие эффективность, мы углубились в рекомбинацию носителей и динамику переноса в светодиодах. При этом мы убедились, что исследовали коэффициенты рекомбинации в зависимости от тока для каждого образца.

Недавно мы сообщали, что одним из способов определения коэффициента рекомбинации в зависимости от тока возбуждения является объединение результатов того, как: дифференциальное время жизни носителей, которое определяется на основе измерений импеданса, зависит от тока возбуждения; с результатом графиков внутреннего квантового выхода для разных токов. Используя этот метод, мы измерили коэффициенты рекомбинации в зависимости от тока для синих и зеленых светодиодов (см. рис. 4(а) и (б)).

Рис. 5. Динамика носителей внутри множественной квантовой ямы (МКЯ) синего светодиода: (а) при низкой плотности тока; б) при высокой плотности тока. Наши измерения показывают, что как для синего, так и для зеленого светодиодов коэффициент B , зависящий от плотности носителей, изменяется в зависимости от тока в соответствии с теорией. То есть значение для B сначала увеличивается с током, а затем непрерывно падает после его пика. Обратите внимание, однако, что существуют различия между теорией и измерениями в значении 9. 0121 B и скорость его изменения.

Сравнение синих и зеленых

Сравнение синих и зеленых устройств показывает, что значение B для зеленого светодиода примерно в десять раз меньше, чем у его синего собрата, а степень его снижения при высоком токе больше. серьезный. Однако для синего светодиода этот коэффициент быстро уменьшается в области больших токов безызлучательного времени жизни носителей, в то время как для зеленого излучателя такого резкого изменения не наблюдается. Обратите внимание, что как для синего, так и для зеленого светодиодов абсолютные значения времени жизни безызлучательных носителей в сильноточной области аналогичны друг другу. То есть безызлучательный процесс не является первопричиной зеленой щели.

Вооружившись этим пониманием, мы искали причину сходства и различий в рекомбинации носителей и транспортных характеристиках зеленых и синих светодиодов. Мы также стремились выяснить, как эти характеристики повлияют на характеристики светодиодов и какова их связь с вышеупомянутыми тремя явлениями, снижающими эффективность.

Наши усилия позволили нам по-новому взглянуть на поведение как синих, так и зеленых светодиодов. Для синих светодиодов при слабом токе скорость рекомбинации носителей значительно выше, чем скорость инжекции носителей. В этом режиме каждый инжектированный носитель рекомбинирует, теряя свою энергию внутри многоквантовой ямы, плотность носителей которой определяется квазиуровнем Ферми (см. рис. 5(а)).

По мере увеличения тока коэффициенты ABC постепенно уменьшаются, и увеличение скорости рекомбинации не успевает за увеличением скорости инжекции. Следовательно, наступает момент, когда скорость инжекции носителей превышает скорость их рекомбинации.

В этот момент внутри мультиквантовой ямы начинают постепенно накапливаться носители. В некоторых случаях они даже показывают те же характеристики, что и у горячего носителя. Если они это сделают, они приобретут достаточно энергии, чтобы преодолеть барьер и выбраться из колодцев на противоположный слой. Этот перелив или переполнение приводит к падению эффективности (см. рис. 5(b)). Для горячих носителей, которые накапливаются внутри ям, результатом является объемный заряд с током, протекающим в виде ограниченного объемным зарядом дрейфового тока утечки, который вызывает падение электрического потенциала (см. рис. 1 и рис. 3(a)). ). Таким образом, падение эффективности и падение электрического потенциала являются взаимосвязанными явлениями в синих светодиодах, вызванными уменьшением коэффициента рекомбинации.

Рис. 6. Динамика носителей внутри множественной квантовой ямы (МКЯ) зеленого светодиода: (а) при низкой плотности тока; б) при высокой плотности тока. Поведение зеленого светодиода отличается от поведения синего из-за высокого содержания индия внутри многоквантовой ямы, что вызывает флуктуации сплава, приводящие к флуктуациям потенциала и локализации носителей. Когда этот тип устройства работает при низком токе возбуждения, носители не отклоняются далеко от области с низким потенциалом. При работе в этом режиме эффективный объем рекомбинации зеленого светодиода меньше, чем у его синего собрата (см. рис. 6(а)).

Как и у синего светодиода, коэффициенты ABC зеленого светодиода постепенно уменьшаются с увеличением тока. Благодаря этому существует точка, в которой скорость инжекции носителей зеленого светодиода превышает скорость рекомбинации носителей, и накопленные носители выходят из центра локализации. Однако ключевое отличие зеленых светодиодов состоит в том, что носители, выходящие из центра локализации, теряют свою энергию в дополнительной рекомбинации Шокли-Рид-Холла внутри ям из-за высокой плотности центров безызлучательной рекомбинации внутри этой активной области.

Судя по времени жизни безызлучательных носителей, разница между синим светодиодом и зеленым светодиодом незначительна (см. рис. 4). Но значение коэффициента B , которое является функцией плотности носителей, для зеленого светодиода примерно в десять раз меньше, чем для его синего родственника. Это означает, что разница во внутренней квантовой эффективности (см. рис. 3) — то есть зеленый зазор — в основном определяется разницей в коэффициенте B .

Почему коэффициент B так сильно различается между синим и зеленым светодиодами? Это связано со сложным взаимодействием между: квантово-размерным эффектом Штарка, вызванным относительно сильным пьезоэлектрическим полем; и уменьшение плотности состояния активной области в результате флуктуации потенциала с последующим уменьшением размерности квантования для зеленого светодиода. Эффект Штарка с ограниченным квантованием разделяет волновые функции дырки и электрона в реальном пространстве, в то время как локализация приводит к разделению волновых функций дырки и электрона в к -пробел. Результатом является резкое падение коэффициента B , зависящего от плотности носителей, который объясняет зеленый разрыв.

Наша работа показывает, что падение эффективности вызвано уменьшением коэффициента ABC , вызывающим дрейфовые потери, ограниченные пространственным зарядом, что приводит к падению электрического потенциала, в то время как зеленый зазор вызван уменьшением самого B . Хотя вызываемые ими безызлучательные процессы различны, причина обоих этих явлений одна и та же: деградация Б коэффициент.

Мы изучили три самых больших препятствия на пути создания высокоэффективных светодиодов: падение эффективности, зеленый зазор и падение электрического потенциала. Наша работа открывает новые горизонты, исследуя все три болезни с точки зрения уменьшения рекомбинации внутри мультиквантовой ямы. Все три препятствия, в принципе, идентичны. Следовательно, их можно одновременно решать путем улучшения излучательной рекомбинации среди рекомбинационных процессов внутри колодцев.

Авторы хотели бы поблагодарить профессора Dong-Soo Shin и профессора Jong-In Shim из Университета Hanyang, Корея, за ценное обсуждение и мотивацию. Эта работа была поддержана Проектом брендинга исследований частного университета MEXT, Программой MEXT по исследованиям и разработкам полупроводников следующего поколения для реализации энергосберегающего общества, JSPS KAKENHI для научных исследований A [№ 15H02019], JSPS KAKENHI для научных исследований A [ № 17H01055], JSPS KAKENHI для инновационных областей [№ 16H06416] и Japan Science and Technology CREST [№ 16815710].