Monografias.com > Tecnología
Descargar Imprimir Comentar Ver trabajos relacionados

Diodos emisores de luz (LED) Parte I




Enviado por Pablo Turmero



    Monografias.com
    1 Introducción LED emisión espontánea sin
    cavidad incoherente multimodo anchura de línea grande
    barato, fiable LÁSER emisión estimulada necesita
    cavidad y espejos coherente 1 modo pequeño
    degradación output lineal modulación no lineal,
    pero anchura de banda pequeña

    Monografias.com
    Aplicaciones de LEDs • Comunicación óptica
    • Pantallas • Iluminación (color o luz blanca):
    semiconductores • semiconductores con
    fósforos

    Monografias.com
    Aplicaciones de LEDs Previsión de la expansión del
    mercado Desarrollo nuevo en: • LEDs de alta potencia
    LEDs en cavidades resonantes • LEDs de emisión
    azul/verde • LEDs Orgánicos (OLED) de
    Iluminación por LED

    Monografias.com
    Emisión del primer LED Emisión de un diodo Schottky
    de SiC en 1907

    Monografias.com
    FactorocupaciónFermi,f(E) 2. H N%7 Portadores y
    Unión pn Distribución de portadores Mecánica
    estadística en semiconductores Los electrones en
    equilibrio térmico se distribuyen según
    estadística de Fermi-Dirac IH ( 7 = + H ( – µ N%7
    con el potencial químico y kB la cte. de Boltzman, [ =EF]
    (kBT= 25 meV @ 300 K) Fermiones, Principio de Exclusión de
    Pauli 1.00 0.75 0.1 K (0.83 meV) 12 K (1 meV) 144 K (12 meV) 300
    K (25 meV) , energía para la que ocupación =
    ½ A T=0, f = función escalera 0.50 Para huecos:
    0.25 ( – µ 0.00 0 10 20 30 40 50 Energía (kBT) 60 70
    IK ( 7 = – + H ( – µ N%7 = N%7 ( – µ + H = + H – ( –
    µ N%7 Energías hacia abajo

    Monografias.com
    – ³ I y ¸ ¨ ¸ © Distribución de
    portadores Mecánica estadística en semiconductores
    Para energías mucho mayores que , la distribución
    se comporta como Maxwell-Boltzmann: I0 – % ( 7 = $ H ( N%7 FRQ
    µ $ = H N%7 Probabilidades de ocupación bajas poca
    influencia Ppo Exclusión de Pauli La posición de
    (EF) depende de Nº e’s, N, y de distribución en
    energía de estados disponibles El nº de e’s por
    unidad de intervalo de energía es: Q ( = I (7 J ( FRQ J (
    OD GHQVLGDG GH HVWDGRV Con lo que el número total de
    e’s: 1 = ( 7 J ( G( es como un parámetro de
    normalización para dar N correcto Para una densidad de
    estados parabólica y a T = 0 K: 1 = ³ () § P
    · p ¨ = ¹ ( G( = § P · p © =
    ¹ () () = = = P ( p 1 )

    Monografias.com
    Distribución de portadores Mecánica
    estadística en semiconductores Estadísticas
    degeneradas y no-degeneradas Muy pocos e’s probabilidad de
    ocupación a T finita << 1 aproximación de
    Maxwell-Boltzmann Muchos e’s probabilidad de
    ocupación de algunos estados ~ 1 Estadística de
    Fermi-Dirac >>kBT no-degenerada > 2kBT dentro del gap
    >>kBT degenerada Incluso a T 0: () = = = P ( p 1 ) >
    4kBT dentro de la banda

    Monografias.com
    Portadores, diagrama de energía no-degenerada DOS densidad
    de estados g(E) Distribución Fermi-Dirac Densidad de
    energía de los electrones = f(E)g(E) (BC) © 1999 S.O.
    Kasap, Optoelectronics (Prentice Hall)

    Monografias.com
    – Si = N7 § P · en (intrínseco) Ley de
    acción de masas Mecánica estadística en
    semiconductores Si uno de los siguientes criterios se cumple:
    ¾Masa efectiva grande Válida estadística
    no-degenerada ¾Concentración de portadores
    pequeña ¾Alta temperatura Usando un mismo nivel de
    referencia de energías para BC y BV y mismo convenio de
    signos: S ? 1Y H ()K N%7 Q ? 1F H ()H – (J N%7 Por lo que: QS =
    QL Con QL = 1F 1Y H – (J N%7 Sin dopaje (intrínseco) ni
    (cm-3) GaAs 0º C 1.04×109 1.02×105 50º C 7.06×1010
    2.18×107 el nº de e’s y h’s debe ser el mismo ()
    = (J + N%7 § 1 ORJ ¨ F © 1Y · (J ¸
    ¹ + % ORJ ¨ K ¸ © P H ¹ EF cerca del
    medio del gap

    Monografias.com
    Bandas de energía intrínseco tipo n tipo p EF
    degenerado tipo n tipo p – + © 1999 S.O. Kasap,
    Optoelectronics (Prentice Hall)

    Monografias.com
    Unión pn ‘built-in potential’ © 1999 S.O.
    Kasap, Optoelectronics (Prentice Hall)

    Monografias.com
    Unión pn NA concentración de aceptores ND
    concentración de donores
    http://materials.usask.ca/samples/PNJunctionDevices.pdf

    Monografias.com
    Unión pn portadores mayoritarios portadores
    minoritarios

    Monografias.com
    Electrostática de la unión p-n 4 3 ?(x) 2 1 9 = -xp
    E(x) xn x 9 = 9 = T1 $ e T1 ' e [ + [ S – [ + [[Q + 1 ' 1 $ [Q
    V(x) 9 = T1 ' e [Q + T1 $ e [ S = 9L Vi w

    Monografias.com
    9 § ¨ ¸ Electrostática de la unión
    p-n 4 3 2 1 Union real (LPE) -xp ?(x) xn x ? [ = e 9D D + [ [
    E(x) V(x) ( [ = – 9D D + [ Vi 9 [ = ¨ – © [ D + [
    · ¸ ¹

    Monografias.com
    Drift Transporte NA concentración de aceptores ND
    concentración de donores conductividad: s = TQµH +
    TSµ K corriente ohmica: (drift) movilidad= velocidad de
    drift promedio por unidad de campo µH = ?' ( = – Tt H PH
    Difusión difusión: De (electrones) Dh (huecos)
    relación de Einstein 'H K µH K = N%7 T

    Monografias.com
    § ¸ = Electrostática de la unión p-n – +
    jdiff jdrift – – + + E M = MGULIW + MGLII = T¨ Qµ ( + '
    © GQ · G[ ¹

    Monografias.com
    = [Q = [S e ° ° ª e § · º ¨ 1 +
    1 ¸9L » ¬ T © ' $ ¹ ¼ ¿ (
    ª e º Anchura de la zona de vaciado ?(x) = depletion
    layer = space charge layer (SCL) -xp xn x ( 9L = T T1' T1$ e e 1$
    [S + 1' [Q = ½ ¾ : = [Q + [S = « ¨
    ¸ [Q + [S ° 1 ' >> 1 $ ? : = « 9L »
    ¬ T1 $ ¼ Manda el dopaje residual

    Monografias.com
    ¨ ¹ Polarización Sin polarizar Nivel de Fermi
    igual en todo el material Polarización directa (forward
    bias) Polarización inversa (reverse bias)
    Polarización: Vi ? Vi-V : = e T § 9L – 9 ¨ ©
    · + ¸ 1 ' 1 $ ¸

    Monografias.com
    N %7 circuito abierto polarización inversa Unión
    pn: polarización © 1999 S.O. Kasap, Optoelectronics
    (Prentice Hall) Boltzmann H- H 9 -9 polarización directa
    generación térmica de portadores

    Monografias.com
    Polarización directa © 1999 S.O. Kasap,
    Optoelectronics (Prentice Hall)

    Monografias.com
    Q Corrientes a través de la unión p-n p MHS?Q MHQ?
    S M M Q? S H S ?Q K Inyección y difusión M S?Q K n
    M M S ?Q H Q? S K Generación térmica + drift MK ? S
    Corriente ohmica G ( ? ? – GU = TQµ( Corriente de
    difusión ?Q ?[ ? ? – GLII = T' G ?Q G[ Equilibrio: M S? Q
    H = M Q? S H M S?Q K = M Q? S K

    Monografias.com
    p n M = T¨ ¸¨ ¸ © Corrientes a
    través de la unión p-n Polarización directa
    'H K = µH K N%7 T /H K = t H K 'H K + – pP0 Longitud de
    difusión Log (n,p) nN0 § 'K S 1 ¨ /K + 'H Q3 /H
    ·§ ¸¨ H ¹© T9 N7 · –
    ¸ ¹ nP(0-) nP0 dn(x) dp(x) pn(0+) pN0 W

    Monografias.com
    Polarización inversa © 1999 S.O. Kasap,
    Optoelectronics (Prentice Hall)

    Monografias.com
    – ¨ § 'K S1 N7 jS Electrostática de la
    unión p-n Polarización inversa p 9 ? -9 ? H T9 N7 –
    ? H T9 N7 – ˜ – n M ˜ – T¨ © /K + 'H Q3 /H
    · ¸ = MV ¹ En general: § T9 · M =
    MV ¨ H – ¸ © ¹ V > meV M = MV H T9 N7 ?
    I

    Monografias.com
    N7 Ecuación del diodo En general: § T9 · M =
    MV ¨ H – ¸ © ¹ jS

    Monografias.com
    3 Luminiscencia por inyección Polarización directa
    Inyección de portadores minoritarios Recombinación
    radiativa ?J = KF (J KF ?J = (F – (Y = (J

    Monografias.com
    Densidad de portadores Polarización Directa Inversa p n p
    n Portadores Mayoritarios Portadores minoritarios

    Monografias.com
    Homouniones y heterouniones Homounión Homounión
    Heterounión doble Sin Polarizar Polarización
    directa Polarización directa

    Monografias.com
    4 Materiales para LEDs

    Monografias.com
    • • • • • • • •
    Materiales para LEDs GaAs GaP GaAs1-xPx GaxAl1-xAs III-V Nitruros
    GaN, AlN, .. InP (compuestos) InGaAs, InGaPAs II-VI (ZnSe .. )
    SiC Eg=1.43 eV (860 nm) Zn en tipo n GaAs Si en material tipo p o
    n (más eficiente) Eg=2.26 eV (549 nm) gap indirecto O
    impureza profunda de directo x<0.45 a indirecto x>0.45 alta
    eficiencia rojo e IR azul-verde IR cercano: 1.1 – 1.6
    µm uso: comunicaciones con fibra óptica
    degradación difícil fabricación

    Monografias.com
    Materiales semiconductores para LEDs

    Monografias.com
    Atenuación de una Fibra Óptica

    Monografias.com
    Semiconductores III-V El sistema AlGaAs apto para LEDs IR y rojo
    de alta potencia

    Monografias.com
    El sistema AlGaInP/GaAs Sistema para LEDs muy brillantes en el
    rojo, naranja y amarillo

    Monografias.com
    5 • • • Recombinación A) radiativa
    Transiciones Interbanda Centros de Impureza Excitones B)
    NO-radiativa • Trampas • Superficie • Auger

    Monografias.com
    Ec Ev Recombinación radiativa Transiciones Interbanda
    Conservación de vector de onda total N IRWRQ = p ?
    << p D ˜ NHOHFWURQ ( D constante de red) ->
    transiciones verticales Coeficiente de recombinación r :
    r=Bnp B constante del material (direct recombination capture
    coefficient) Problema: reabsorción de fotones emitidos es
    posible Directa Indirecta Transiciones indirectas necesitan fonon
    para conservación de k

    Monografias.com
    Constante de Recombinación indirecto directo

    Monografias.com
    Recombinación radiativa Recombinación por centros
    de impureza Banda de Conducción – Nivel de donor Banda de
    Valencia Electrón en impureza: localizado – Nivel de
    aceptor ? [ ? S = = ? N = ? [ ? [ ˜ D ? N = ? [ ˜ D
    FRPSDUDEOH FRQ p D ( D constante de red) transiciones indirectas
    posibles sin fonones

    Monografias.com
    ESTA PRESENTACIÓN CONTIENE MAS DIAPOSITIVAS DISPONIBLES EN
    LA VERSIÓN DE DESCARGA

    Nota al lector: es posible que esta página no contenga todos los componentes del trabajo original (pies de página, avanzadas formulas matemáticas, esquemas o tablas complejas, etc.). Recuerde que para ver el trabajo en su versión original completa, puede descargarlo desde el menú superior.

    Todos los documentos disponibles en este sitio expresan los puntos de vista de sus respectivos autores y no de Monografias.com. El objetivo de Monografias.com es poner el conocimiento a disposición de toda su comunidad. Queda bajo la responsabilidad de cada lector el eventual uso que se le de a esta información. Asimismo, es obligatoria la cita del autor del contenido y de Monografias.com como fuentes de información.

    Categorias
    Newsletter