Хотя наиболее важной характеристикой светодиода является световая отдача по мощности (рис. 1.3), для специальных при­менений требуются более подробные сведения о спектральных характеристиках излучаемого света. Кроме яркостного контра­ста, большое значение имеет и цветовой контраст. Поэтому из­лучение светодиодов следует характеризовать с точки зрения цветовой тональности и насыщенности. В основу спектрального анализа всех светодиодов положен энергетический спектр. По­скольку светодиоды излучают не на одной длине волны, а в не­которой спектральной полосе, необходимо определить главный максимум излучения (наиболее видимый). Многие диоды, кроме главного максимума, имеют и побочные максимумы, которые ино­гда существенно смещены относительного главного. Если побоч­ный максимум попадает в инфракрасную область спектра, то это приводит лишь к снижению к. п. д.; цвет излучаемого света оста­ется неизменным. Если же побочный максимум попадает в види­мую часть спектра, то может произойти значительное изменение цветовой тональности. В частности, фосфид галлия имеет макси­мумы в инфракрасной, красной и зеленой областях спектра. Изменяя концентрацию легирующих примесей, можно добиться увеличения одного из максимумов излучения относительно Других.

Главная полоса излучения характеризуется длиной волны %р, соответствующей максимуму излучения, и шириной спект­ральной полосы kBw - Форма полосы излучения во многих слу­чаях оказывается несимметричной, поэтому представляет инте­рес определить среднюю энергию фотонов, которая может быть найдена, исходя из отношения к. п. д. и]е к световой отдаче по мощности Єр. К. п. д. определяется выражением

[ (d<beldX) dX

где ]Р и Vf — ток и напряжение на диоде при прямом смещении Переход от энергетических величин к световым осуществляется; путем умножения мощности излучения на каждой длине волны на соответствующее значение видности К (к). Отношение потока испускаемого света к мощности во всем спектре излучения (с учетом главного и побочных максимумов) дает среднее значение видности К, характеризующей, как указывалось выше, эффек­тивность зрительного воздействия излучаемого света.

Световые и спектральные характеристики различных свето­диодов приведены в табл. 1.3. Для светодиодов из фосфида гал-

лия были измерены полный световой поток и световой поток, излучаемый в пределах главного максимума. Излучение крас­ного светодиода из фосфида галлия, легированного цинком и кислородом, содержит небольшую составляющую зеленого света с длиной волны 565 нм. Интенсивность этого побочного макси­мума составляет — 0,6% главного красного максимума. По­скольку значение относительной функции видности для зеленого света выше, чем для красного, в результате добавления побоч­ного максимума среднее значение видности возрастает от 19,8 до 20,7 лм/Вт. И наоборот, побочный красный максимум может привести к существенному уменьшению среднего значения вид­ности зеленого диода. В спектрах зеленых светодиодов из фос­фида галлия, изготовленных с помощью диффузии цинка (табл. 1.3), содержится значительная побочная красная полоса. Интенсивность в максимуме красной полосы достигает 40% ин­тенсивности главного зеленого максимума. Наличие этого по­бочного излучения снижает среднее значение видности от 647 до 284 лм/Вт. Следует, однако, отметить, что данный пример не является типичным для зеленых светодиодов, изготавливаемых в настоящее время методом жидкостной эпитаксии [18]. В све­тодиодах, обладающих более высоким к. п. д., отношение интен­сивности красного излучения к интенсивности зеленого при нор­мальных плотностях тока существенно уменьшается.

В табл. 1.3 представлены типичные выпускаемые промыш­ленностью светодиоды на основе тройных соединений: GaAsi-xP* (красные), GaAsi-xP*, легированные N (желтые), Gai_*Al*As (красные). Положение максимума излучения в этих материалах сильно зависит от их состава. По мере отклонения состава от бинарного соединения GaAs длина волны излучения постепенно уменьшается, а видность быстро увеличивается. Оптимальная световая отдача для светодиодов из тройных соединений дости­гается при составе, для которого произведение К. п. д. Т)е и сред­него значения видности К оказывается максимальным. Способы получения тройных полупроводниковых соединений с составом, дающим максимальный к. п. д., рассматриваются в разд. 6.3.