Materiali per l’optoelettronicaMateriali per l’optoelettronica

Docente: Mauro MoscaDocente: Mauro Mosca

(www.dieet.unipa.it/tfl)(www.dieet.unipa.it/tfl)

Ricevimento: alla fine della lezione o per appuntamento

Università di Palermo – Facoltà di Ingegneria (DEIM)

A.A. 2014-15A.A. 2014-15

Tabella periodica: III-V gruppoTabella periodica: III-V gruppo

Dal GaAs al GaAsPDal GaAs al GaAsP

GaAs 870 nm

GaAsP ~3,6% mismatching reticolare

dislocazionisoluzione:buffer layer

Sistemi GaAs, GaAsP, GaPSistemi GaAs, GaAsP, GaP

Gap diretta e indiretta: ricombinazioneGap diretta e indiretta: ricombinazione

the transition must conserve the TOTAL wave vector of the system!

photon wavevector: 2

electron wave vector: between -a e +/a

≈ 0.5×10-6 m

a≈ 10-10 m

2aa phonon must

be createdor annihilated

Gap diretta e indiretta: ricombinazioneGap diretta e indiretta: ricombinazione

Impurità come centri di ricombinazioneImpurità come centri di ricombinazione

k spread enough (-/a; + /a) to allow a significant number of transitions without phonon assistance

Transizioni sistema GaAsPTransizioni sistema GaAsP

Sistema GaAsP:NSistema GaAsP:N

Sistema GaAsP:NSistema GaAsP:N

Sistema GaAsP:NSistema GaAsP:N

Diagramma energia vs. parametro di magliaDiagramma energia vs. parametro di maglia

Sistema AlGaAs/GaAsSistema AlGaAs/GaAs

Diagrammi a bande AlGaAs/GaAsDiagrammi a bande AlGaAs/GaAs

problemi di affidabilità e degrado (ossidazione e idrolisi)- packaging- lower content of Al- lower layer thickness

Sistema AlGaInP/GaAsSistema AlGaInP/GaAs

Bandgap sistema AlGaInPBandgap sistema AlGaInP

Linee di costante parametro di maglia e Linee di costante parametro di maglia e lunghezza d’onda di emissione (AlGaInP)lunghezza d’onda di emissione (AlGaInP)

Sistema AlGaInNSistema AlGaInN

difficile da crescere(In tende a evaporare dalla superficie)

DislocazioniDislocazioni

107-109 cm-2

Efficienza luminosa di LED visibiliEfficienza luminosa di LED visibili

Efficienza luminosa di LED visibiliEfficienza luminosa di LED visibili

alta sensibilitàdell’occhio umano

(lumen…)

Flusso luminoso e prezzi di LEDFlusso luminoso e prezzi di LED

LED basati su diversi sistemi materialiLED basati su diversi sistemi materiali

più difficili da crescere (alta % di In)

Sistema AlGaInN (con fattore di bowing)Sistema AlGaInN (con fattore di bowing)

Polarizzazione spontanea e Polarizzazione spontanea e piezoelettrica nei nitruripiezoelettrica nei nitruri

Polarizzazione spontanea e Polarizzazione spontanea e piezoelettrica nei nitruripiezoelettrica nei nitruri

Regione attiva sottile e spessaRegione attiva sottile e spessa

polarizzazione schermata da: a) forte drogaggio regione attiva

b) alta iniezione di corrente

blue shift

Contatti ohmici ed effetti di polarizzazioneContatti ohmici ed effetti di polarizzazione

p-type GaN

InGaN thin cap

tunneling di lacune

tensione di soglia più bassa

Drogaggio Drogaggio pp del GaN del GaN

low doping activation (Mg)

l’idrogeno fornisce gli elettroni agli accettori

Dislocazioni nel GaNDislocazioni nel GaN

corindonewurtzite

GaN

Dislocazioni cariche negativamenteDislocazioni cariche negativamente

+

Ricombinazione nelle dislocazioniRicombinazione nelle dislocazioni

centri di ricombinazione!(non radiativi)

Why high recombination efficiency?Why high recombination efficiency?States outside the bandgapStates outside the bandgap

Why high recombination efficiency?Why high recombination efficiency?Cluster di InCluster di In

Efficienza radiativa e pitch densityEfficienza radiativa e pitch density