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)