อุปกรณ์เปล่งแสงที่ใช้เซมิคอนดักเตอร์มีผลกระทบอย่างมากต่อเทคโนโลยีสมัยใหม่ ความสว่างและความทนทานของไดโอดเปล่งแสงทำให้เหมาะสำหรับการแสดงผล ในขณะที่เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ถูกนำมาใช้ในทุกสิ่งตั้งแต่ระบบสื่อสารด้วยแสงไปจนถึงเครื่องเล่นซีดี แต่การใช้งานเหล่านี้ถูกจำกัดด้วยการขาดวัสดุที่สามารถฉายแสงสีน้ำเงินได้อย่างมีประสิทธิภาพ ตัวอย่างเช่น การแสดงสีแบบเต็ม
ต้องการ
อย่างน้อยสามสี โดยปกติแล้วเป็นสีแดง สีเขียว และสีน้ำเงิน เพื่อสร้างสีที่มองเห็นได้ การผสมดังกล่าวยังจำเป็นเพื่อสร้างอุปกรณ์เปล่งแสงสีขาวที่ทนทานกว่าและใช้พลังงานน้อยกว่าหลอดไฟทั่วไปหรือหลอดฟลูออเรสเซนต์ แอปพลิเคชั่นอื่น ๆ อีกมากมายจะได้รับประโยชน์จากอุปกรณ์เปล่งแสงสีน้ำเงิน
ความยาวคลื่นที่สั้นลงหมายความว่าสามารถโฟกัสแสงได้คมชัดมากขึ้น ซึ่งจะช่วยเพิ่มความจุของดิสก์แม๊กออปติกและออปติคัล ดิสก์อเนกประสงค์แบบดิจิทัลซึ่งออกสู่ตลาดในปี 1996 อาศัยเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์สีแดง และมีความจุข้อมูล สำหรับคอมแพคดิสก์ เมื่อเลื่อนไปที่ความยาวคลื่นสีน้ำเงิน
ความจุจะเพิ่มขึ้นเป็น 15 Gbyte เลเซอร์ไดโอดสีน้ำเงินยังสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องพิมพ์เลเซอร์และการสื่อสารด้วยแสงใต้ทะเลได้อีกด้วย กลุ่มของฉันได้สาธิตอุปกรณ์ปล่อยแสงสีน้ำเงินที่มีประสิทธิภาพเป็นครั้งแรกในญี่ปุ่นในปี 1995 หลังจากทำการวิจัยโดยกลุ่มต่างๆ ทั่วโลก
เป็นเวลาประมาณ 30 ปี นั่นคือความต้องการอุปกรณ์เหล่านี้ ซึ่งไดโอดเปล่งแสงสีน้ำเงินและสีเขียวที่มีพื้นฐานจากอินเดียมแกลเลียมไนไตรด์ได้ถูกนำไปใช้งานในหลากหลายประเภทแล้ว เช่น สัญญาณไฟจราจรและการแสดงผลแบบเต็มสี เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์สีน้ำเงินถูกนำมาใช้ในปี 1995
และในปัจจุบันสามารถมีอายุการใช้งานได้ถึง 10,000 ชั่วโมงภายใต้การทำงานอย่างต่อเนื่องที่อุณหภูมิห้องแสงจากสารกึ่งตัวนำ โดยพื้นฐานแล้วไดโอดเปล่งแสง (LED) ประกอบด้วยชั้น “แอคทีฟ” ของวัสดุสารกึ่งตัวนำที่คั่นกลางระหว่างสารกึ่งตัวนำชนิด n และชนิด p เมื่อป้อนแรงดันไฟฟ้าเข้าทางแยก
อิเล็กตรอน
จากวัสดุชนิด n จะเคลื่อนเข้าสู่แถบการนำไฟฟ้าของชั้นแอคทีฟ ขณะที่รูจากสารกึ่งตัวนำชนิด p จะถูกฉีดเข้าไปในแถบเวเลนซ์ การปล่อยแสงเกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนที่ด้านล่างของแถบการนำไฟฟ้ารวมตัวใหม่กับรูที่ด้านบนของแถบเวเลนซ์ หากอิเล็กตรอนและรูจำนวนมากถูกฉีดเข้าไปในชั้นแอคทีฟ
จะเกิด “การผกผันประชากร” ระหว่างแถบการนำไฟฟ้าและเวเลนซ์ โดยการรวมกระจกที่ทั้งสองด้านของชั้นแอคทีฟเพื่อสร้างช่องนำคลื่นที่เรียกว่า ช่องนำคลื่น แสงที่ปล่อยออกมาสามารถขยายได้และมีการสังเกตการปล่อยแสงที่กระตุ้นอย่างรุนแรงที่ขอบของช่อง อุปกรณ์นี้เรียกว่าเลเซอร์ไดโอด
ประเด็นสำคัญคือความยาวคลื่นของแสงที่ปล่อยออกมาและด้วยเหตุนี้สีของแสงจะถูกกำหนดโดยช่องว่างแถบของชั้นที่ใช้งานอยู่ ความยาวคลื่นกำหนดโดยl = hc / E gโดยที่hคือค่าคงที่ของพลังค์cคือความเร็วแสง และE gคือแถบคลื่น ช่องว่างแถบของสารกึ่งตัวนำแบบผสม เช่น
แม้ว่าไดโอดเปล่งแสงสีน้ำเงินและสีเขียวจะทำจากวัสดุต่างๆ เช่น ซิลิกอนคาร์ไบด์และแกลเลียมฟอสไฟด์ แต่ก็ไม่ได้มีประสิทธิภาพมากนัก วัสดุเหล่านี้มีช่องว่างทางอ้อม ซึ่งหมายความว่าอิเล็กตรอนและโฮลมีโมเมนตาต่างกัน และสามารถรวมตัวกันใหม่ได้โดยการกระเจิงจากการสั่นสะเทือนของแลตทิซ
ในวัสดุ
ที่มีช่องว่างแถบตรง อิเล็กตรอนในแถบการนำไฟฟ้าสามารถรวมตัวกันใหม่ได้โดยตรงกับรูในแถบเวเลนซ์ ทำให้การรวมตัวกันใหม่มีประสิทธิภาพมากขึ้น แม้ว่านักวิจัยจำนวนมากได้ตรวจสอบวัสดุแถบความถี่ตรงสำหรับอุปกรณ์เปล่งแสงสีน้ำเงินและสีเขียว แต่ได้พิสูจน์แล้วว่ายากมากในการผลิตอุปกรณ์
ที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้ การวิจัยที่เข้มข้นที่สุดได้มุ่งเน้นไปที่วัสดุ II-VI เช่น สังกะสี เซเลไนด์ และไนไตรด์ III-V เช่น แกลเลียมไนไตรด์ เนื่องจากวัสดุเหล่านี้มีช่องว่างแถบกว้างพอที่จะเปล่งแสงที่ความยาวคลื่นสีน้ำเงินและสีเขียว ข้อได้เปรียบของสารประกอบ II-VI คือสามารถสะสมได้ง่ายบนพื้นผิว
แกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs) ที่มีข้อบกพร่องค่อนข้างต่ำ เนื่องจากวัสดุอย่างเช่น สังกะสี เซเลไนด์ มีค่าคงที่แลตทิซคล้ายกับ GaA ค่าคงที่ขัดแตะใด ๆ ที่ไม่ตรงกันจะสร้างความเครียดในเลเยอร์ ซึ่งโดยทั่วไปจะถูกปล่อยออกมาเป็นความคลาดเคลื่อนที่ไม่เหมาะสม ในกรณีของอุปกรณ์เปล่งแสงสีแดง
อะลูมิเนียมแกลเลียมอาร์เซไนด์มีค่าคงที่โครงตาข่ายเกือบเท่ากันกับ GaAs ในขณะที่อะลูมิเนียมอินเดียมแกลเลียมฟอสไฟด์สามารถจับคู่โครงตาข่ายกับแกลเลียมอาร์เซไนด์ได้โดยการเปลี่ยนองค์ประกอบของมัน วัสดุที่มีส่วนประกอบของสังกะสี เซเลไนด์ ได้รับการศึกษาอย่างเข้มข้น
เพื่อใช้ในอุปกรณ์เปล่งแสงสีน้ำเงินและสีเขียว อันที่จริง ในปี 1991 และเพื่อนร่วมงานที่ 3M ในสหรัฐอเมริกาได้สาธิตการทำงานแบบพัลซิ่งครั้งแรกของเลเซอร์ไดโอดสีเขียวที่ใช้วัสดุ II-VI อย่างไรก็ตาม อายุการใช้งานของเลเซอร์ไดโอดเหล่านี้อยู่ที่ประมาณ 100 ชั่วโมงเท่านั้น
ซึ่งเป็นข้อจำกัดที่ทำให้ไม่สามารถจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ได้ อายุการใช้งานสั้นเหล่านี้เกิดจากความบกพร่องของคริสตัล แม้ว่าจะมีข้อบกพร่องค่อนข้างน้อยในวัสดุ II-VI ประมาณ 1,000 ซม. -2ข้อบกพร่องเพียงจุดเดียวก็สามารถทำให้สิ่งอื่นๆ แพร่พันธุ์ได้ รบกวนการยึดเกาะที่อ่อนแอในวัสดุและทำให้อุปกรณ์
ล้มเหลว สิ่งนี้ไม่คาดว่าจะเป็นปัญหาใหญ่ในไนไตรด์ III-V เนื่องจากพันธะนั้นแข็งแกร่งกว่ามากแกลเลียมไนไตรด์และไนไตรด์ III-V อื่นๆ ยังมีช่องว่างแถบตรงที่เหมาะสำหรับอุปกรณ์เปล่งแสงสีน้ำเงิน พลังงานแบนด์-แกปของอะลูมิเนียม แกลเลียม อินเดียม ไนไตรด์ แปรผันระหว่าง 6.2 ถึง 2.0 eV ขึ้นอยู่
credit : สล็อตเว็บตรง100 / ดูหนังฟรี / 50รับ100
