Upload
werner
View
41
Download
1
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Wykład VIII LIGHT EMITTING DIODE – LED. Absorpcja światła w półprzewodnikach. Ge. Si. GaAs. Dioda LED. Dopasowanie sieciowe. Dopasowanie sieciowe. Dioda LED – diagram pasmowy. Polaryzacja LED. Izolator optyczny. Wyświetlacz LED. Ga. P. As. GaAs (1 - x) P x. GaAs (1 - x) P x. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Wykład VIII
LIGHT EMITTING DIODE – LED
Absorpcja światła w półprzewodnikach
Dioda LED
Ge Si GaAs
Dopasowanie sieciowe
TU Dresden 09.12.2010
Dopasowanie sieciowe
Dioda LED – diagram pasmowy
Polaryzacja LED
Izolator optyczny
Wyświetlacz LED
GaAs(1-x) Px
Ga
PAs
GaAs(1-x) Px
• GaAs(1-x) Px –związek półprz. na bazie GaAs i GaP• GaAs –prosta przerwa , GaP -skośna• Kryształ mieszany GaAs(1-x) Px –przejście prosta-
skośna dla x=0.45-0.5• LED czerwone, pomarańczowe i żółte są
wykonywane z GaAs(1-x) Px
System GaAs(1-x) Px
x = 0.45 przejście skośna - prosta
GaAs+GaP = GaAs (1-x)Px
Czułość oka
eV
GaP = 2.26eV GaAs = 1.42eV
skośna ----------- > prostaGaP - skośna, ale w krysztale mieszanym z GaAs –prosta dla x =
0.45
1.997eV
GaAs (1-x) Px
GaAs(1-x) Px domieszkowany N
• skośna brak przejść promienistych
• skośna GaAs(1-x) Px – przejścia promieniste po dodaniu N– wydajność kwantowa rośnie ~ 100 razy– długośc fali emitowanej rośnie
• Wydajność kwantowa = ilość emitowanych fotonów w jednostce czasu/ ilość dostarczanych elektronów w jednostce czasu
Jak wydajna jest rekombinacja par e-h?
Domieszka izoelektronowa i relacja nieoznaczoności Heisenberga (N +GaAsP)
N ma tę samą walencyjność co P i As N może zastąpić w sieci GaAsP P lub As. N i P ma tę sama liczbę elektronów walencyjnych ale inną strukturę rdzenia N powoduje zaburzenie potencjału – wprowadza studnię potencjału Pojawia się dodatkowy poziom pułapkowy poniżej pasma przewodnictwa Elektron może zostać spułapkowany na ten poziom Dziura może zostać spułapkowana tak, że utworzy się para e-h (ekscyton) Nośniki są zlokalizowane, pseudopęd i wektor falowy – zdelokalizowane ze
względu na relację nieoznaczoności Heisenberga
N w GaAsP
bez N
N wprowadza zaburzenie
e „wpada” do pułapki i tworzy ekscyton
e
e
VB
CB
VB
CB
ED
VB
CB
Eg
Domieszkowanie powoduje wzrost wydajności kwantowej i przesunięcie długości emitowanej fali w stronę fal dłuższych (energia przejścia jest mniejsza: Eg - Ed<Eg)
Zasada nieoznaczoności Heisenberga
K
h
E
Diagram pasmowyProsta przerwa GaAs Skośna przerwa GaP
czerwony foton
zielony foton
Prosta-skośna
Domieszkowana N – wydajność luminescencji rośnie
zawartość GaP %
Wydajność kwantowa
IR & Red LED
GaAs prosta przerwa, złącza p-n o wysokiej wydajności luminescencji poprzez domieszkowanie Zn lub Si ( GaAs: Si diody LED na bliska podczerwień).
GaAsP prosta-skośna
GaInAsP epitaksja na InP ; przerwa może być zmieniana tak, że długość fali można zmieniać od 919nm do
1600nm
LED na zakres widzialny
GaAsP / GaAs 655nm / czerwona
GaP 568nm / jasno zielona
GaP 700nm / jasno czerwona
GaAsP / GaP 610nm / bursztynowa
GaP 555nm / zielona
GaAsP / GaP 655nm czerwona o wysokiej wydajności
GaAlAs / GaAs 660nm / czerwona
InGaAsP 574nm / zielona
InGaAsP 620nm / pomarańczowa
InGaAsP 595nm / zółta
Azotki i niebieskie LED
• Trudności:– Znaleźć odpowiednie podłoża – Otrzymać azotki typu p
• GaN, InGaN, AlGaN diody LED o wysokiej wydajności (niebieskie/zielone)
• Pierwsza niebieska dioda LED 1994 Shuji & Nakamura (czas życia 10 000 gdozin)
• SiC jest także stosowany na niebieskie LED - (SiC na podłożu GaN)
Ewolucja wydajności luminescencji
TU Dresden 09.12.2010
Spektralne charakterystyki LED i czułość oka
CIE - INTERNATIONAL COMMISSION ON ILLUMINATION
Band offset
AIN/GaN(0001)Referencje
ΔEc = 2.0 eV Martin et al. (1996)
ΔEv = 0.7 eV
InN/GaN
ΔEc = 0.43 eV Martin et al. (1996)
ΔEv = 1.0 eV
Wurtzite GaNWurtzite GaN
TU Dresden 09.12.2010
GaN: Struktura niebieskiej LED
Niebieska LED
Zastosowanie:
Płaskie ekrany (R,G,B – B)
Drukarki o wysokiej rozdzielczości
Telekomunikacja
TU Dresden 09.12.2010
GaN LED
UV-LED na bazie GaN
UV-LED – diody do kalibracji, detektory UV etc.
Niebieskie i fioletowe LED + fosfor i biała LED
Białe diody LED są wydajniejsze niż 100W żarówka. Czas życia >10 000 h. Żarówka 100W zwykle pracuje ~ 750-1500 h.
Generacja białych diod LED: konwersja przy użyciu fosforów i mieszania barw RGB
Selenki
• Grupa II-VI (ZnSe, ZnO)• ZnSe – niebieskie i zielone diody i laser; problem z
podłożem• GaAs i GaN można stosować na podłoża dla ZnSe
(stała sieci dla GaAs = 5.6Å i dla ZnSe = 5.5Å)• Krótki czas życia
Kryształ ZnSeTe LED zielone i niebieskie
Selenki- przerwa vs stała sieci
Fotoefekt
Zielona dioda świecąca jest jednocześnie fotodiodą czułą na światło zielone (lub mające większą energię – niebieskie i fioletowe)