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NOMBRE:
CEA Temas 4-6 / 15 de julio de 2011
1) [3 p] Sea un LED blanco formado por un LED primario con emisión en 470 nm (azul) recubierto con
una capa fosforescente. El espectro de la luz reemitida por dicha capa es tal que es adecuado para
producir blanco puro al ser combinado con la emisión del LED primario y que su coordenada z es
despreciable. Suponemos que la eficiencia cuántica de la capa fosforescente (definida como el cociente
entre el número de fotones reemitidos y el número de fotones primarios absorbidos) es del 100% y que
las coordenadas cromáticas del LED blanco son x = 0.33, y = 0.33.
a-d) Dibuja la estructura del LED azul indicando: (i) el material de la zona activa, (ii) un posible sustrato
sobre el que se haya realizado el crecimiento epitaxial, (iii) los materiales de la buffer y de las demás
capas semiconductoras y(iv) dónde se realizan los contactos.
e) Señala en la carta cromática de la hoja adjunta las coordenadas (x,y) de la capa fosforescente, de
modo que se vea cómo las hallas, y etiquétalas con una “(e)”
Comparamos este LED blanco con un LED azul, idéntico al LED primario de aquél pero sin capa
fosforescente, ambos polarizados con la misma corriente IF:
f) ¿Cuál emitirá mayor potencia óptica Popt?:
El LED blanco  El LED azul 
Igual 
El LED blanco 
El LED azul 
Igual 
h) ¿Cuál tendrá mayor tensión de funcionamiento VF?: El LED blanco 
El LED azul 
Igual 
g) ¿Cuál crees que emitirá mayor flujo luminoso Φv?:
Comparamos este LED blanco con un LED verde-amarillento convencional:
i) ¿Cuál tendrá mayor VF?: El LED blanco  El LED verde-amarillento  Igual 
j) ¿Cuál tendrá mejor calidad estructural?: El LED blanco 
El LED verde-amarillento  Igual 
k) ¿Cuál tendrá mejor eficacia luminosa ηv?: El LED blanco  El LED verde-amarillento  Igual 
Analicemos ahora las coordenadas cromáticas (x,y) de diversos “LEDs blancos”, parecidos al anterior.
l) Supongamos un LED igual en todo al LED blanco arriba mencionado, excepto que la eficiencia
cuántica de la capa fosforescente ya no es del 100% (absorbe lo mismo pero emite menos). Señala
en la carta cromática las coordenadas (x,y) de este LED, de modo que se vea cómo las hallas, y
etiquétalas con una “(l)”.
m) Supongamos un LED igual en todo al LED blanco arriba mencionado, excepto que la capa
fosforescente absorbe más (y la eficiencia cuántica de dicha capa sigue siendo del 100%). Señala en
la carta cromática las coordenadas (x,y) de este LED, de modo que se vea cómo las hallas, y
etiquétalas con una “(m)”.
n) Supongamos un LED igual en todo al LED blanco arriba mencionado, excepto que su LED azul tiene
menos responsibidad. Señala en la carta cromática las coordenadas (x,y) del nuevo LED blanco, de
modo que se vea cómo las hallas, y etiquétalas con una “(n)”.
o) Supongamos un LED igual en todo al LED blanco arriba mencionado, excepto que su LED azul
emite en 490 nm. Señala en la carta cromática las coordenadas (x,y) de este nuevo LED blanco, de
modo que se vea cómo las hallas, y etiquétalas con una “(o)”.
1
2) [2 p] Explica de forma breve, precisa y convincente:
a) Por qué, para un bombeo dado, superior al de transparencia, la ganancia en un semiconductor es
mayor en oscuridad que en presencia de luz (i.e.: por qué 0 >).
b) Por qué para IF >Ith y condiciones estacionarias, la inversión de población n de un LD en
condiciones estacionarias no depende de IF. (Ith = corriente umbral. IF = corriente de bombeo)..
c) Por qué para el rango sub-umbral un buen LD se comporta como un LED muy malo.
d) Por qué la frecuencia de corte (f-3dB) de los LDs aumenta al aumentar IF (con IF > Ith).
3) [3 p] Variación de la potencia de emisión de un LD al variar la temperatura para IF= constante.
Sea un LD que para IF = 32 mA y T = 25 ºC emite una potencia óptica de 5 mW.
Se sabe además que para este LD To=120 K, d(25ºC)=0.80 mW/mA y TC ≡ (dd/dT)/d = −1.2 %/ºC .
Se puede suponer que Popt(IF) es lineal para IF > Ith.
Fijamos la corriente en IF = 32 mA y cambiamos la temperatura.
a) Calcula la potencia que emitirá para T = 40 ºC (con IF = 32 mA).
Indica brevemente cómo lo calculas y señala los valores de los parámetros intermedios que obtengas.
b) Calcula en qué rango de temperatura estará en condición sub-umbral (para IF = 32 mA).
Queremos ahora evaluar analíticamente la variación relativa de Popt con la temperatura para IF =
constante. Para ello definimos: TCP ≡ (∂Popt /∂T)/Popt para IF = constante
c) Deduce una expresión analítica para TCP en función de TC, To y IF/Ith (y nada más).
d) Calcula el valor de TCP: (i) para IF = 32 mA y T = 25 ºC y (ii) para IF = 32 mA y T = 40 ºC.
4) [2p] El 1915 LMM de AVANEX es un emisor diseñado para comunicación óptica en 3ª ventana a 10
Gb/s y consiste en un láser DFB con un modulador de electroabsorción integrado monolíticamente.
a) Dibuja el diagrama de capas del láser de la hoja adjunta, indicando su composición, su misióny su
dopado y completa la figura de Eg(z).
b) Dibuja cualitativamente para este láser la dependencia de la corriente umbral y de la energía de
emisión frente a la temperatura (Ith(T) y hνLD(T)) de modo que sea autoexplicativo. (Puedes
introducir por ejemplo como referencia la Eg(T) y/o Egef(T) de la zona activa del láser).
c) Explica el principio de funcionamiento del modulador de electroabsorción. Para ello:
 Dibuja el diagrama de energías del pozo cuántico tanto para campo eléctrico nulo como para
campo eléctrico grande indicando la Eg y la Egef, del pozo cuántico del modulador así como hνLD.
 Dibuja dos espectros de absorción α(hν) en los que aparezcan claramente Eg, Egef, hνLD (de modo
que se vea bien qué cambia y qué no cambia), uno de ellos para campo eléctrico pequeño y otro
para campo eléctrico grande (indicando cuál es cada uno).
d) (i) Enumera las ventajas de la modulación mediante modulador de electroabsorción frente a la
modulación directa del láser. (ii) Indica también: cuál o cuáles de los terminales de la figura llevará la
modulación de 10 Gb/s, cuál será el signo de la polarización del terminal K, cuál será la misión del
TEC y cuál será la misión del termistor.
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NOMBRE:
COMPOSICIÓN
MISIÓN DE LA CAPA
DOPADO
z
n+
sustrato
Eg
Semic.
InSb
0.17
InAs
GaAs
GaP
AlP
1.35
1.42
AlSb
1.65
AlAs
0.36
GaSb
0.73
InP
Eg(eV)
2.16
2.26
2.45
a (nm)
0.6479
0.6057
0.6095
0.5869
0.5653
0.6149
0.5661
0.5451
0.5452
GaN
3.4
3