Wykład VIII LIGHT EMITTING DIODE – LED

Prezentacja na temat: "Wykład VIII LIGHT EMITTING DIODE – LED"— Zapis prezentacji:

1 Wykład VIII LIGHT EMITTING DIODE – LED

2

3 Absorpcja światła w półprzewodnikach

4 Dioda LED Ge Si GaAs

5 Dopasowanie sieciowe

6

7 Dopasowanie sieciowe TU Dresden

8 Dioda LED – diagram pasmowy

9

10 Polaryzacja LED

11 Izolator optyczny

12 Wyświetlacz LED

13 Ga P As GaAs(1-x) Px

14 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= LED czerwone, pomarańczowe i żółte są wykonywane z GaAs(1-x) Px

15 x = 0.45  przejście skośna - prosta
System GaAs(1-x) Px x = 0.45  przejście skośna - prosta

16 GaP - skośna, ale w krysztale mieszanym z GaAs –prosta dla x = 0.45
GaAs+GaP = GaAs (1-x)Px Czułość oka eV  GaP = 2.26eV 1.997eV GaAs = 1.42eV GaP - skośna, ale w krysztale mieszanym z GaAs –prosta dla x = 0.45 skośna > prosta GaAs (1-x) Px

17 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?

18 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

19 N w GaAsP bez N N wprowadza zaburzenie
VB CB ED Eg bez N N wprowadza zaburzenie Domieszkowanie powoduje wzrost wydajności kwantowej i przesunięcie długości emitowanej fali w stronę fal dłuższych (energia przejścia jest mniejsza: Eg - Ed<Eg) e „wpada” do pułapki i tworzy ekscyton

20 Zasada nieoznaczoności Heisenberga
E h K

21 Diagram pasmowy Domieszkowana N – wydajność luminescencji rośnie
Prosta przerwa GaAs Prosta-skośna Skośna przerwa GaP zawartość GaP % czerwony foton zielony foton Domieszkowana N – wydajność luminescencji rośnie

22 Wydajność kwantowa

23 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

24 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

25 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 gdozin) SiC jest także stosowany na niebieskie LED - (SiC na podłożu GaN)

26 Ewolucja wydajności luminescencji
26

27 Spektralne charakterystyki LED i czułość oka
TU Dresden CIE - INTERNATIONAL COMMISSION ON ILLUMINATION 27

28 Band offset AIN/GaN(0001) Referencje ΔEc = 2.0 eV Martin et al. (1996)
Wurtzite GaN  AIN/GaN(0001) Referencje ΔEc = 2.0 eV Martin et al. (1996) ΔEv = 0.7 eV InN/GaN ΔEc = 0.43 eV ΔEv = 1.0 eV

29 GaN: Struktura niebieskiej LED
                                                                                              TU Dresden 29

30 Niebieska LED Zastosowanie: Płaskie ekrany (R,G,B – B)
Drukarki o wysokiej rozdzielczości Telekomunikacja

31 GaN LED TU Dresden 31

32 UV-LED – diody do kalibracji, detektory UV etc.
UV-LED na bazie GaN UV-LED – diody do kalibracji, detektory UV etc.

33 Niebieskie i fioletowe LED + fosfor i biała LED
Białe diody LED są wydajniejsze niż 100W żarówka. Czas życia > h. Żarówka 100W zwykle pracuje ~ h.

34 Generacja białych diod LED: konwersja przy użyciu fosforów i mieszania barw RGB
34

35 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

36 Kryształ ZnSeTe LED zielone i niebieskie
Selenki- przerwa vs stała sieci Kryształ ZnSeTe LED zielone i niebieskie

37 Fotoefekt Zielona dioda świecąca jest jednocześnie fotodiodą czułą na światło zielone (lub mające większą energię – niebieskie i fioletowe)