Materiali per l’optoelettronica
Docente: Mauro Mosca
(www.dieet.unipa.it/tfl)
A.A. 2015-16
Ricevimento: alla fine della lezione o per appuntamento
Università di Palermo – Facoltà di Ingegneria (DEIM)
Tabella periodica: III-V gruppo
Dal GaAs al GaAsP
GaAs
870 nm
GaAsP
~3,6%
mismatching reticolare
soluzione:
buffer layer
dislocazioni
Sistemi GaAs, GaAsP, GaP
Gap diretta e indiretta: ricombinazione
a ≈ 10-10 m
electron wave vector:
between -p/a e +p/a
photon wave
vector: 2p/l
l ≈ 0.5×10-6 m
2p/l << p/a
a phonon must
be created
or annihilated
the transition must conserve the TOTAL wave vector of the system!
Gap diretta e indiretta: ricombinazione
Impurità come centri di ricombinazione
k spread enough (-p/a; + p/a) to allow a significant number of transitions
without phonon assistance
Transizioni sistema GaAsP
Sistema GaAsP:N
Sistema GaAsP:N
Sistema GaAsP:N
Diagramma energia vs. parametro di maglia
Sistema AlGaAs/GaAs
gap
diretta
gap
indiretta
Diagrammi a bande AlGaAs/GaAs
problemi di affidabilità e degrado (ossidazione e idrolisi)
- packaging
- lower content of Al
- lower layer thickness
Sistema AlGaInP/GaAs
x = 0.53
In = 50%
Bandgap sistema AlGaInP
Linee di costante parametro di maglia e
lunghezza d’onda di emissione (AlGaInP)
Sistema AlGaInN
difficile da crescere
(In tende a evaporare dalla superficie)
Dislocazioni
107-109 cm-2
Efficienza luminosa di LED visibili
Efficienza luminosa di LED visibili
GREEN
GAP
alta sensibilità
dell’occhio umano
(lumen…)
LED basati su diversi sistemi materiali
più difficili da crescere (alta % di In)
Indice di Miller wurtzite
Sistema AlGaInN (con fattore di bowing)
Polarizzazione spontanea e
piezoelettrica nei nitruri
Polarizzazione spontanea e
piezoelettrica nei nitruri
Regione attiva sottile e spessa
polarizzazione schermata da: a) forte drogaggio regione attiva
b) alta iniezione di corrente
blue shift
Contatti ohmici ed effetti di polarizzazione
InGaN thin cap
p-type GaN
tunneling di lacune
tensione di soglia più bassa
Drogaggio p del GaN
low doping activation (Mg)
l’idrogeno fornisce gli elettroni agli accettori
Dislocazioni nel GaN
GaN
wurtzite
corindone
Dislocazioni cariche negativamente
+
Ricombinazione nelle dislocazioni
centri di ricombinazione!
(non radiativi)
Why high recombination efficiency?
States outside the bandgap
Why high recombination efficiency?
Cluster di In
Efficienza radiativa e pitch density