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rapporti - Deliverable

Studio sperimentale e simulazione numerica dei LED basati sulla lega semiconduttrice AlGaAs

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Studio sperimentale e simulazione numerica dei LED basati sulla lega semiconduttrice AlGaAs

Sono descritti gli studi relativi all’acquisizione del know-how relativo alla tecnologia dei LED per segnalazione luminosa. In particolare si riportano i risultati di simulazioni numeriche bidimensionali di LED basati sulle lega AlxGa1-xAs,. Sono state simulate numericamente le curve Tensione- Corrente del LED e le curve Tensione-Potenza emessa. Si è inoltre affrontato il problema dell’estrazione della luce dal LED giungendo a valutare sia il coefficiente di estrazione sia la distribuzione angolare dell’emissione luminosa nei casi di superficie esterna liscia e superficie esterna rugosa. Si è anche realizzato una prototipo di sorgente Led da considerarsi come “functional device” utile soprattutto per verificare la correttezza dei modelli interpretativi del funzionamento del LED basato su AlxGa1-xAs.

L’obiettivo del presente rapporto è quello di contribuire allo sviluppo della tecnologia dei LED per segnalazione con lo scopo di sostituire le sorgenti esistenti con sorgenti LED più efficienti e durevoli.
Il presente rapporto si divide in due parti: 1) progetto e simulazione numerica di una sorgente LED per segnalazione, in grado di emettere luce rossa, basata sulla lega AlxGa1-xAs; 2) realizzazione del LED nel laboratorio RSE e caratterizzazione dei dispositivi ottenuti.
L’aspetto progettuale del LED consiste nello studio e nella simulazione numerica di alcune semplici geometrie e nell’analisi del problema dell’estrazione della luce.
Le tipologie di LED considerate sono relative al dispositivo cresciuto epitassialmente susubstrato di GaAs.
Per effettuare le simulazioni numeriche è stato utilizzato il software di simulazione ATLASdella ditta Silvaco Europe Ltd, che permette di simulare varie tipologie di dispositivi con geometrie bidimensionali.
Nel LED, la luce viene prodotta dalle Quantum Well che sono sottili strati di semiconduttore in cui i portatori di carica si concentrano ricombinandosi ed emettendo radiazione luminosa.
Mediante ATLAS, sono state simulate diverse configurazioni di Quantum Well in relazione alloro numero e al loro spessore.
Uno dei problemi più rilevanti nello sviluppo dei LED per illuminazione riguarda l’efficienza diestrazione della luce dal dispositivo.
L’alto valore dell’ indice di rifrazione dei semiconduttori impedisce alla maggior parte della luce emessa all’interno del LED di uscire dal dispositivo a causa della predominante Riflessione Interna Totale (TIR) che avviene sulla superficie di separazione tra dispositivo e aria. Per contrastare l’effetto deleterio del TIR è stato proposto di introdurre una rugosità ad alta riflettività sulla superficie di fondo del LED, in modo che i raggi soggetti a TIR siano diffusi dalla rugosità in tutte le direzioni e quindi anche in quelle che non sono soggette a TIR, aumentando quindi la percentuale di luce trasmessa all’esterno.
Utilizzando la tecnica di ray tracing, si è cercato di valutare l’efficienza di estrazione della luce sia nel caso di fondo del LED piatto che nel caso di superficie posteriore con rugosità di 1 µm].
Nella seconda parte del rapporto viene presentato il LED prodotto, da intendersi come “functional device” utile per la verifica dei modelli interpretativi del comportamento del LED basato su AlxGa1-xAs. Sono inoltre riassunte le misure di caratterizzazione dei LED prodotti.
Parole chiave: LED, simulazione numerica, zona attiva, estrazione della luce, AlGaAs, GaAs, QuantumWell, caratterizzazione LED.

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