Montaje de una práctica de laboratorio para determinar el espectro de emisión de diodos electroluminiscentes y láseres semiconductores.
Páginas: 8 (1906 palabras)
Publicado: 27 de febrero de 2012
Facultad de Física. Universidad de la Habana. 2011
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Montaje de una práctica de laboratorio para determinar el espectro de emisión de diodos electroluminiscentes y láseres semiconductores.
Y. González Hernández*
3er año Ingeniería Física. Facultad de Física. Universidad de la Habana. Colina Universitaria, Vedado, 10400 La Habana, Cuba. PACS 85.60Jb, 07.50.Qx, 85.30.De Resumen Se presenta eldiseño de una práctica semiautomatizada para el laboratorio de experimentos avanzados en Física, que permite medir los espectros de emisión de DELs y Láseres y distinguir sus diferencias. Se utilizaron un microcontrolador PIC y un motor de paso para controlar el movimiento del monocromador y se implementó un programa en LabVIEW para procesar los datos experimentales.
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Introducción
Los diodosemisores de luz (DELs) y láseres semiconductores son dispositivos optoelectrónicos que se utilizan ampliamente en aplicaciones de iluminación, almacenamiento de información, sistemas de comunicación óptica por fibra y medicina entre otras. En este trabajo se presenta el montaje de un sistema de medición automatizado que permite medir los espectros de emisión de DELs y Láseres para estudiarlos ydistinguir sus diferencias. El sistema se utilizó por primera vez este semestre como una práctica en el laboratorio de experimentos avanzados (EXAV) para estudiantes de 4to y 5to año. Para ello se emplea un monocromador, un fotodetector, un microcontrolador PIC, un instrumento virtual (VI), un amplificador lock-in, un chopper y la fuente de luz a estudiar. Mediante el PIC se controla el paso demonocromador y con un programa elaborado en LabVIEW se procesan los datos experimentales. 1.1 Diodo emisor de luz (DEL). Principio de Funcionamiento. El proceso de generación de la luz en un DEL se basa en la recombinación de electrones y huecos en una unión pn donde bajo polarización directa se logra la emisión de fotones. A este efecto se le llama electroluminiscencia. La figura 1 muestra el encapsuladomás común de un DEL comercial, así como un esquema de la estructura típica que se usa hoy en día para fabricar estos dispositivos. Esta consiste en una zona activa formada por una capa semiconductora intrínseca, cuyo espesor es del orden de los nanómetros. A ambos lados de la zona activa se crecen, una capa tipo n y otra p de un semiconductor de energía de la banda prohibida (gap) mayor que elmaterial de la zona activa. A estas se les denomina capas confinadoras o cladding pues al tener mayor gap confinan los portadores (electrones y huecos) en la región activa. Este tipo de estructura se conoce como DEL de doble heterojuntura. A diferencia de la zona activa, las capas cladding si se dopan. Esta estructura puede sufrir variaciones en dependencia de las especificidades y requerimientosdel dispositivo.
*ygonzalez@fises.fisica.uh.cu
Facultad de Física. Universidad de la Habana. 2011
2
La emisión de luz puede ocurrir mediante un proceso llamado emisión espontánea que es lo que ocurre en los DELs o mediante la emisión estimulada que es lo que ocurre en los láseres. En el caso de la emisión espontánea se emiten fotones en direcciones arbitrarias, con diferente fase. Larecombinación espontánea tiene ciertas características que determinan la propiedades ópticas de los DELs, así la longitud de onda a la que emite un DEL está determinada por la energía de la banda prohibida del material de la zona activa según la siguiente expresión: mientras que el ancho a la mitad de la altura del pico (FHWM) viene dado por [2]:
Así por ejemplo el GaAs tiene una energía de la bandaprohibida de 1.42 eV (a temperatura ambiente) por lo que los DEL de GaAs emiten en el infrarrojo a la longitud de onda de 870 nm y su Δλ es de 28 nm. Los DELs que emiten en el visible se utilizan fundamentalmente como indicadores y en la fabricación de pantallas de computadoras. En particular los DELs blancos se utilizan para iluminación y estas fuentes de luz están destinadas a sustituir a las...
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Montaje de una práctica de laboratorio para determinar el espectro de emisión de diodos electroluminiscentes y láseres semiconductores.
Y. González Hernández*
3er año Ingeniería Física. Facultad de Física. Universidad de la Habana. Colina Universitaria, Vedado, 10400 La Habana, Cuba. PACS 85.60Jb, 07.50.Qx, 85.30.De Resumen Se presenta eldiseño de una práctica semiautomatizada para el laboratorio de experimentos avanzados en Física, que permite medir los espectros de emisión de DELs y Láseres y distinguir sus diferencias. Se utilizaron un microcontrolador PIC y un motor de paso para controlar el movimiento del monocromador y se implementó un programa en LabVIEW para procesar los datos experimentales.
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Introducción
Los diodosemisores de luz (DELs) y láseres semiconductores son dispositivos optoelectrónicos que se utilizan ampliamente en aplicaciones de iluminación, almacenamiento de información, sistemas de comunicación óptica por fibra y medicina entre otras. En este trabajo se presenta el montaje de un sistema de medición automatizado que permite medir los espectros de emisión de DELs y Láseres para estudiarlos ydistinguir sus diferencias. El sistema se utilizó por primera vez este semestre como una práctica en el laboratorio de experimentos avanzados (EXAV) para estudiantes de 4to y 5to año. Para ello se emplea un monocromador, un fotodetector, un microcontrolador PIC, un instrumento virtual (VI), un amplificador lock-in, un chopper y la fuente de luz a estudiar. Mediante el PIC se controla el paso demonocromador y con un programa elaborado en LabVIEW se procesan los datos experimentales. 1.1 Diodo emisor de luz (DEL). Principio de Funcionamiento. El proceso de generación de la luz en un DEL se basa en la recombinación de electrones y huecos en una unión pn donde bajo polarización directa se logra la emisión de fotones. A este efecto se le llama electroluminiscencia. La figura 1 muestra el encapsuladomás común de un DEL comercial, así como un esquema de la estructura típica que se usa hoy en día para fabricar estos dispositivos. Esta consiste en una zona activa formada por una capa semiconductora intrínseca, cuyo espesor es del orden de los nanómetros. A ambos lados de la zona activa se crecen, una capa tipo n y otra p de un semiconductor de energía de la banda prohibida (gap) mayor que elmaterial de la zona activa. A estas se les denomina capas confinadoras o cladding pues al tener mayor gap confinan los portadores (electrones y huecos) en la región activa. Este tipo de estructura se conoce como DEL de doble heterojuntura. A diferencia de la zona activa, las capas cladding si se dopan. Esta estructura puede sufrir variaciones en dependencia de las especificidades y requerimientosdel dispositivo.
*ygonzalez@fises.fisica.uh.cu
Facultad de Física. Universidad de la Habana. 2011
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La emisión de luz puede ocurrir mediante un proceso llamado emisión espontánea que es lo que ocurre en los DELs o mediante la emisión estimulada que es lo que ocurre en los láseres. En el caso de la emisión espontánea se emiten fotones en direcciones arbitrarias, con diferente fase. Larecombinación espontánea tiene ciertas características que determinan la propiedades ópticas de los DELs, así la longitud de onda a la que emite un DEL está determinada por la energía de la banda prohibida del material de la zona activa según la siguiente expresión: mientras que el ancho a la mitad de la altura del pico (FHWM) viene dado por [2]:
Así por ejemplo el GaAs tiene una energía de la bandaprohibida de 1.42 eV (a temperatura ambiente) por lo que los DEL de GaAs emiten en el infrarrojo a la longitud de onda de 870 nm y su Δλ es de 28 nm. Los DELs que emiten en el visible se utilizan fundamentalmente como indicadores y en la fabricación de pantallas de computadoras. En particular los DELs blancos se utilizan para iluminación y estas fuentes de luz están destinadas a sustituir a las...
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