Elettroluminescenza : emissione radiativa incoerente
prodotta dal passaggio di corrente: LED
Line broadening LED: 10-20 nm
LED
LD (laser diode)
Incoherent emission
•Line broadening 10-20 nm
•Divergent emission
Coherent emission
•Line broadening ≈ 1 Å
•Small divergence
Dispositivi a semiconduttore
1
Emissione radiativa
I (E) 
 E 
exp  
 k T 
E  E 
g
B
E MAX
k BT
 Eg 
2
FWHM  k BT
Tuning in temperatura:
Shift Gap + Thermal
energy
Dispositivi a semiconduttore
KT
2
Elettroluminescenza
Iniezione portatori minoritari alla giunzione
Ricombinazione radiativa alla giunzione
Materiali a gap diretta, ma anche indiretta (GaP) con trappole
Dispositivi a semiconduttore
3
Importante applicazione LED oltre illuminatori:
Isolatori optoelettronici
Sig
in
Sig out
Dispositivi a semiconduttore
4
Efficienza interna:
in= n.fotoni emessi internamente/ n. portatori alla giunzione
 nr
Rrad
in 

 r   nr Rrad  Rnr
Efficienza esterna:
Lato _ p
Rrad  Anp  AnN A
ext= n.fotoni out/ n.
portatori alla giunzione
Bassa _ iniezione
ext= inx op
n
1
r 

Rrad AN A
op=eff. Ottica
Angolo critico≈16-17 gradi
Dispositivi a semiconduttore
5
Pattern di emissione Lambertiano LED
2
Ps next
I() 
cos 
2
2
4 r nint
Dispositivi a semiconduttore
6
Surface emitter
Edge emitter
Dispositivi a semiconduttore
7
Laser
I laser ( Rubino) : 1960
I laser a semiconduttore: 1962, GaAs, GaAsP
Alferov e Kroemer: Premio Nobel 2000
for developing semiconductor heterostructures used in
high-speed- and optoelectronics
Dispositivi a semiconduttore
8
LD: laser diode
•Omogiunzione p-n
•Eterostruttura
•Contatti estesi
•Cavità Fabry-Perot : clivaggio
•Specchi dielettrici DBR: Dielectric Bragg Reflector
Dispositivi a semiconduttore
9
Principali differenze fra un laser a SC e laser “tradizionali”
•Transizioni fra bande
•Compattezza
•Bassa soglia
•Caratteristiche spettrali e spaziali dipendenti dalle
proprietà giunzione ( Eg, indice rifrazione)
•Pompaggio elettrico con facile modulazione anche in alta
frequenza ( fmax ≈ 1/r): punto cruciale per trasmissione
ottica di segnali
Dispositivi a semiconduttore
10
Assorbimento ed emissione spontanea e stimolata
Dispositivi a semiconduttore
11
Azione della cavità
Dispositivi a semiconduttore
12
Azione della cavità
Dispositivi a semiconduttore
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Elettroluminescenza e azione laser
Dispositivi a semiconduttore
14
Tipi di laser
Dispositivi a semiconduttore
15
Dispositivi a semiconduttore
16
Inversione di popolazione
Dispositivi a semiconduttore
17
Quasi Fermi-levels
Dispositivi a semiconduttore
18
Come si ottiene l’inversione di popolazione?
Drogaggio elevato: degenerazione
Dispositivi a semiconduttore
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Omogiunzione
Regione di inversione
Dispositivi a semiconduttore
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Dispositivi a semiconduttore
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Dispositivi a semiconduttore
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Dispositivi a semiconduttore
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Dipendenza dalla temperatura
Dispositivi a semiconduttore
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Corrente di soglia
Dispositivi a semiconduttore
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Per ridurre Ith verso strutture a confinamento
Dispositivi a semiconduttore
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Confinamento portatori, ma anche fotoni
Dispositivi a semiconduttore
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