LED

 LED ( LIGHT EMITTING DIODE)

LED adalah komponen elektronika yang terbuat dari junction suatu bahan semikonduktor tipe-p dan tipe-n, yang memancarkan cahaya bila diberi bias maju. Seperti halnya pada diode p-n junction, bila diberi bias maju maka besarnya tegangan barrier akan turun sehingga elekron dan lubang memiliki cukup tenaga untuk berpindah melewati junction. Bila elektron dan lubang bertemu maka elektron bertransisi dengan memancarkan energi dalam bentuk radiasi photon.

Besarnya energi photon yang dipancarkan dinyatakan sebagai

E = h v

dengan v = frekuensi  gelombang yang dipancarkan.

            h = konstanta Planck = 6,626. Js

Perbedaan bahan semikonduktor yang digunakan untuk membuat LED (baik yang horno-junction maupun heterojunction) akan mempengaruhi besarnya rentang panjang gelombang, yang dipancarkan dan memberikan efisiensi kuantum ang berbeda. Tabel dibawah menunjukkan emisi puncak panjang gelombang yang dipancarkan dan konversi warnanya serta besarnya efisiensi kuantum dari LED yang dibuat dengan beberapa macam bahan dan dopant.

Ket :Dopant bertindak sebagai donor atau aceptor (tipe-p/n) tergantung pada kondisi pertumbuhan bahan (proses).

  Bahan semikonduktor merupakan bahan yang mempunyai sifat kontak ohmik yang kurang baik, sehingga untuk dapt dibias maju perlu ditambahkan bahan konduktor seperti aluminium dengan cara dilapiskan pada bagian atas dan bawah p-n junction. Pemilihan bahan konduktor ini, selain mempertimbangkan konduktivitas bahan juga kemampuan bahan konduktor menempel dengan baik pada paermukaan bahan semikonduktor yang akan dilapisi. Selain ditambahkan bahan konduktor, untuk memperkuat bahan konduktor dapat menempel pada bahan semikon-duktor ditambahkan bahan lain seperti Si. Salah satu konstruksi LED yang sederhana ditunjukkan Gambar 1.8. Arus/aliran elektron injeksi diberikan pada daerah tipe-p, dan photon memancar kesegala arah. Efesiensi kuantum internal yang terjadi dalam junction, pada beberapa bahan LED dapat medekati nilai 100%, tetapi efisiensi eksternal setelah photon keluar dari LED sangat rendah. Penyebab utama dari turunnya efisiensi ini adalah penyebaran arah rambat cahaya, dan terjadinya pemantulan dalam total karena sudut datang lebih besar dari sudut kritis.

 Fenomena pemantulan dan pembiasan dai suatu sumber titik pada dua medium yang ber indeks bias berbeda, ditunjukkan Gambar 1.9. Seberkas cahaya datang pada bidang batas dua medium, berkas menjalar dari medium suatu berindeks bias kedalam medium dua berindeks bias , dengan ketentuan ,  pada gambar tampak tiga sinar yang datang dengan sudut berbeda. Sinar pertama datang pada bidang batas, mengakibatkan berkas cahaya terpantul dan terbias kedalam medium dua, sedangkan sinar kedua hanya terpantul saja karena sudut datang tepat sama dengan sudut kritis yang menghasilkan pemantulan dalam total. 

  Penambahan sudut datang yang lebih besar daripada sudut kritis akan memberikan akibat yang sama, yakni berkas cahaya semuanya terpantulkan dan tidak ada yang dibiaskan. Dalam konstruksi LED, berkas cahaya yang merambat dengan sudut datang sama atau lebih besar sudut kritis harus dihindarkan supaya efisiensi energi yang dikeluarkan LED tidak berkurang terlalu banyak.

 Perbandingan amplitudo gelombang yang terpantul dan yang terbias terhadap amplitudo gelombang datang dapat ditentukan dengan  penurunan teori gelombang elektromagnetik. Besarnya perbandingan amplitudo gelombang terpantul dan terbias terhadap amplitudo gelombang datang, oleh Fresnel dikenalkan sebagai koefisien amplitudo transmis. 

 Ada dua cara untuk memperbesar nilai F, yakni dengan mengurangi sudut datang sehingga lebih kecil dari sudut kritis dan tidak terjadi fenomena pemantulan dalam total. Cara ini dilakukan dengan membuat permukaan semikonduktor tipe-p berbentuk hemisperikal seperti. Cara pemantulan bentuk hemisperikal ini memberikan daya LED yang cukup tinggi, tetapi sangat sulit dan mahal untuk membentuk seperti ini. Cara kedua dengan menempatkan junction dalam suatu cungkup yang terbuat dari bahan transparan yang berindeks bias berbeda, dan strukturnya. 

  Cara kerja LED adalah sebagai berikut,  semikonduktor  tipe-n memiliki sejumlah  elektron  bebas,  sedangkan  semikonduktor  tipe-p  memiliki  sejumlah lubang bebas. Jika semikonduktor tipe-n dan tipe-p disambungkan akan terbentuk suatu  penghalang   tenaga.  Baik  lubang  bebas  maupun  elektron  bebas  tidak memiliki   cukup tenaga   untuk   melewati   penghalang tersebut   untuk   ber- rekombinasi. Apabila diberikan suatu tegangan maju, maka besarnya penghalang tenaga  akan turun,  sehingga  elektron  bebas  dan lubang  bebas  memiliki  cukup tenaga  untuk  berpindah  melewati  sambungan.  Jika  elektron  bebas  dan  lubang bebas tadi bertemu, maka elektron akan turun ke bidang valensi dan kemudian ber- rekombinasi   dengan   lubang   bebas   tersebut.   Tenaga   yang   dilepaskan   pada peristiwa itu akan diubah menjadi tenaga optik dalam bentuk foton.