Transcript ppt

Wykład VIII
LIGHT EMITTING
DIODE – LED
Absorpcja światła w
półprzewodnikach
Dioda LED
Ge
Si
GaAs
Dopasowanie sieciowe
Dopasowanie sieciowe
TU Dresden 09.12.2010
Dioda LED – diagram
pasmowy
Polaryzacja LED
Izolator optyczny
Wyświetlacz LED
Ga
As
P
GaAs(1-x) Px
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 prostaskośna 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
GaP - skośna, ale w
krysztale mieszanym z
GaAs –prosta dla x =
0.45
1.997eV
GaAs = 1.42eV
skośna ----------- > prosta
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
CB
bez N
VB
e
N wprowadza
zaburzenie
CB
Eg
VB
e „wpada” do
pułapki i
tworzy
ekscyton
CB
ED
VB
e
Domieszkowanie
powoduje wzrost
wydajności kwantowej i
przesunięcie długości
emitowanej fali w stronę
fal dłuższych (energia
przejścia jest mniejsza:
Eg - Ed<Eg)
Zasada nieoznaczoności Heisenberga
E
h
K
Diagram pasmowy
Prosta przerwa GaAs
Prosta-skośna
Skośna przerwa GaP
zawartość GaP %
czerwony
foton
Domieszkowana N – wydajność
luminescencji rośnie
zielony
foton
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
Spektralne charakterystyki LED i czułość oka
TU Dresden 09.12.2010
CIE - INTERNATIONAL COMMISSION
ON ILLUMINATION
Band offset
Wurtzite GaN
AIN/GaN(0001)
ΔEc = 2.0 eV
Referencje
Martin et al. (1996)
ΔEv = 0.7 eV
InN/GaN
ΔEc = 0.43 eV
ΔEv = 1.0 eV
Martin et al. (1996)
GaN: Struktura niebieskiej LED
TU Dresden 09.12.2010
Niebieska LED
Zastosowanie:
Płaskie ekrany (R,G,B – B)
Drukarki o wysokiej
rozdzielczości
Telekomunikacja
GaN LED
TU Dresden 09.12.2010
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
Selenki- przerwa vs stała sieci
Kryształ ZnSeTe LED
zielone i niebieskie
Fotoefekt
Zielona dioda świecąca jest jednocześnie fotodiodą czułą na światło zielone
(lub mające większą energię – niebieskie i fioletowe)