El uso creciente de pantallas digitales en calculadoras, relojes y en todas las formas de instrumentos, ha contribuido a un gran interés sobre estructuras que emiten luz cuando se polarizan apropiadamente. Los dos tipos de uso común que realizan esta función son el diodo emisor de luz (LED, por sus siglas en inglés) y la pantalla de cristal líquido (LCD, por sus siglas en inglés).
Como su nombre lo implica, el diodo emisor de luz es un diodo que emite luz visible o invisible (infrarroja) cuando se energiza. En cualquier unión $p–n$ polarizada en directa se da, dentro de la estructura y principalmente cerca de la unión, una recombinación de huecos y electrones. Esta recombinación requiere que la energía procesada por los electrones libres se transforme en otro estado. En todas las uniones $p-n$ semiconductoras una parte de esta energía se libera en forma de calor y otra en forma de fotones.
En diodos de Si y Ge el mayor porcentaje de la energía convertida durante la recombinación en la unión se disipa en forma de calor dentro de la estructura y la luz emitida es insignificante. Por esta razón, el silicio y el germanio no se utilizan en la construcción de dispositivos LED. Por otra parte:
Los diodos construidos de GaAs emiten luz en la zona infrarroja (invisible) durante el proceso de recombinación en la unión $p–n$.
En la figura 1.51 aparece la construcción básica de un LED con el símbolo estándar utilizado para el dispositivo. La superficie metálica conductora externa conectada al material tipo p es más pequeña para permitir la salida del máximo de fotones de energía luminosa cuando el dispositivo se polariza en directa. Observe en la figura que la recombinación de los portadores inyectados producida por la unión polarizada en directa produce luz emitida en el sitio de la recombinación. Habrá, desde luego, algo de absorción de los paquetes de energía de fotones en la estructura misma, pero se puede liberar un gran porcentaje, como se muestra en la figura.
El espectro de frecuencia de la luz infrarroja se extiende desde $100 THz$ hasta $400 THz$, con el espectro de luz visible desde aproximadamente $400$ hasta $750 THz$. Es interesante señalar que la luz invisible tiene un espectro de menor frecuencia que la visible. En general, cuando hablamos de la respuesta de dispositivos electroluminiscentes, nos referimos a sus longitudes de onda y no a su frecuencia.
Las dos cantidades están relacionadas por la siguiente ecuación:
$$\lambda = \frac{C}{F} m$$
donde: $\lambda $ es longitud de onda
$C$ es la velocidad de la luz en el vacío
$F$ es la frecuencia
La respuesta del ojo humano promedio se da en la figura 1.52. Se extiende desde aproximadamente $350 nm$ hasta $800 nm$ con un valor pico cercano a $550 nm$. Es interesante señalar que la respuesta pico (máxima) del ojo es al color verde, con el rojo y el azul en los extremos inferiores de la curva acampanada. La curva revela que un LED rojo o azul deben ser mucho más eficientes que uno verde para que sean visibles con la misma intensidad. En otras palabras, el ojo es más sensible al color verde que a otros colores. Tenga en cuenta que las longitudes de onda mostradas corresponden a la respuesta pico de cada color. Todos los colores indicados en la gráfica tienen una respuesta en forma de curva acampanada, por lo que el verde, por ejemplo, sigue siendo visible a $600 nm$, pero con menor nivel de intensidad
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