Page 1
Dispositivi a semiconduttore 1
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
Page 2
Dispositivi a semiconduttore 2
Emissione radiativa
KT
I(E)≈ E −Eg( )exp −E
kBT⎛
⎝⎜⎞
⎠⎟
EMAX =Eg +kBT2
FWHM ≈kBT
Tuning in temperatura:Shift Gap + Thermal energy
Page 3
Dispositivi a semiconduttore 3
Elettroluminescenza
Iniezione portatori minoritari alla giunzioneRicombinazione radiativa alla giunzione
Materiali a gap diretta, ma anche indiretta (GaP) con trappole
Page 4
Dispositivi a semiconduttore 4
Importante applicazione LED oltre illuminatori:
Isolatori optoelettronici
Sig in Sig out
Page 5
Dispositivi a semiconduttore 5
Efficienza interna: in= n.fotoni emessi internamente/ n. portatori alla giunzione
in =τ nr
τ r + τ nr=
RradRrad + Rnr
Lato_ p
Rrad = Anp ≈ AΔnNA
Bassa_ iniezione
τ r =Δn
Rrad=1
ANA
Efficienza esterna:
ext= n.fotoni out/ n. portatori alla giunzione
ext= inx op
op=eff. Ottica
Angolo critico≈16-17 gradi
Page 6
Dispositivi a semiconduttore 6
Pattern di emissione Lambertiano LED
I(Φ) =Ps
4πr2
next2
nint2 cosΦ
Page 7
Dispositivi a semiconduttore 7
Surface emitter Edge emitter
Page 8
Dispositivi a semiconduttore 8
LaserI 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
Page 9
Dispositivi a semiconduttore 9
LD: laser diode
•Omogiunzione p-n
•Eterostruttura
•Contatti estesi
•Cavità Fabry-Perot : clivaggio
•Specchi dielettrici DBR: Dielectric Bragg Reflector
Page 10
Dispositivi a semiconduttore 10
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
Page 11
Dispositivi a semiconduttore 11
Assorbimento ed emissione spontanea e stimolata
Page 12
Dispositivi a semiconduttore 12
Azione della cavità
Page 13
Dispositivi a semiconduttore 13
Azione della cavità
Page 14
Dispositivi a semiconduttore 14
Elettroluminescenza e azione laser
Page 15
Dispositivi a semiconduttore 15
Tipi di laser
Page 16
Dispositivi a semiconduttore 16
Page 17
Dispositivi a semiconduttore 17
Inversione di popolazione
Page 18
Dispositivi a semiconduttore 18
Quasi Fermi-levels
Page 19
Dispositivi a semiconduttore 19
Come si ottiene l’inversione di popolazione?
Drogaggio elevato: degenerazione
Page 20
Dispositivi a semiconduttore 20
Omogiunzione
Regione di inversione
Page 21
Dispositivi a semiconduttore 21
Page 22
Dispositivi a semiconduttore 22
Page 23
Dispositivi a semiconduttore 23
Page 24
Dispositivi a semiconduttore 24
Dipendenza dalla temperatura
Page 25
Dispositivi a semiconduttore 25
Corrente di soglia
Page 26
Dispositivi a semiconduttore 26
Per ridurre Ith verso strutture a confinamento
Page 27
Dispositivi a semiconduttore 27
Confinamento portatori, ma anche fotoni