Lista de modos de fallo de los LED

La forma más común de fallo de los LED (y los láseres de diodo ) es la disminución gradual de la emisión de luz y la pérdida de eficiencia. Sin embargo, aunque son poco frecuentes, también pueden producirse fallos repentinos. Los primeros LED rojos se caracterizaban por su corta vida útil.

• Degradación del epoxi: Algunos materiales del envase de plástico tienden a amarillear al someterse al calor, lo que provoca una absorción parcial (y, por lo tanto, una pérdida de eficiencia) de las longitudes de onda afectadas.
• Estrés térmico : Las fallas repentinas suelen ser causadas por el estrés térmico. Cuando el encapsulado de resina epoxi alcanza su temperatura de transición vítrea , comienza a expandirse rápidamente, lo que provoca tensiones mecánicas en el semiconductor y el contacto adherido , debilitándolo o incluso desprendiéndolo. Por el contrario, temperaturas muy bajas pueden causar el agrietamiento del encapsulado.
• Degeneración diferenciada del fósforo: Los diferentes fósforos utilizados en los LED blancos tienden a degradarse con el calor y el paso del tiempo, pero a ritmos diferentes, lo que provoca cambios en el color de la luz producida. Por ejemplo, los LED morados y rosas suelen utilizar una formulación de fósforo orgánico que puede degradarse tras solo unas horas de funcionamiento, provocando un cambio importante en el color de salida. ^{[ 1 ]}

• Nucleación y crecimiento de dislocaciones : Este es un mecanismo conocido de degradación de la región activa, donde ocurre la recombinación radiativa. Requiere la presencia de un defecto preexistente en el cristal y se acelera por el calor, la alta densidad de corriente y la luz emitida. El arseniuro de galio y el arseniuro de galio y aluminio son más susceptibles a este mecanismo que el fosfuro de arseniuro de galio y el fosfuro de indio . Debido a las diferentes propiedades de las regiones activas, el nitruro de galio y el nitruro de galio e indio son prácticamente insensibles a este tipo de defectos.
• Electromigración : Este fenómeno es causado por una alta densidad de corriente y puede desplazar átomos fuera de las regiones activas, lo que provoca la aparición de dislocaciones y defectos puntuales que actúan como centros de recombinación no radiactiva y producen calor en lugar de luz.
• Radiación ionizante : Puede provocar la creación de defectos, lo que conlleva problemas con el endurecimiento contra la radiación de los circuitos que contienen LED (por ejemplo, en optoacopladores ).
• Difusión de metales: Causada por altas corrientes o voltajes eléctricos a temperaturas elevadas, la difusión de metales puede desplazar átomos metálicos desde los electrodos hacia la región activa. Algunos materiales, en particular el óxido de indio y estaño y la plata , son susceptibles a la electromigración, lo que provoca corrientes de fuga y recombinación no radiativa en los bordes del chip. En algunos casos, especialmente con diodos GaN/InGaN, se utiliza una capa metálica de barrera para mitigar los efectos de la electromigración.
• Cortocircuitos : Las tensiones mecánicas, las altas corrientes y un entorno corrosivo pueden provocar la formación de filamentos , causando cortocircuitos.
• Defectos en las paredes laterales: A pesar de los avances en la fabricación, la caracterización de los microLED sigue siendo un gran desafío debido a su tamaño minúsculo. En particular, los defectos en las paredes laterales afectan significativamente las propiedades ópticas y eléctricas, pero son difíciles de detectar y analizar. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

• Descontrol térmico : Las no homogeneidades en el sustrato, que provocan una pérdida localizada de conductividad térmica , pueden causar un descontrol térmico donde el calor causa daños que a su vez causan más calor, y así sucesivamente. Los más comunes son los huecos causados ​​por una soldadura incompleta o por efectos de electromigración y huecos de Kirkendall .
• Concentración de corriente : Una distribución no homogénea de la densidad de corriente en la unión puede provocar la formación de filamentos de corriente . Esto puede generar puntos calientes localizados, lo que supone un riesgo de descontrol térmico .
• Descarga electrostática : Una descarga electrostática puede provocar una falla inmediata de la unión del semiconductor, una alteración permanente de sus parámetros o daños latentes que aumentan la tasa de degradación. Los LED y láseres cultivados sobresustrato de zafiro (véase silicio sobre zafiro ) son más susceptibles a los daños por descarga electrostática.
• Polarización inversa : Si bien el LED se basa en una unión de diodo y es nominalmente un rectificador, en algunos tipos puede producirse una ruptura inversa a voltajes muy bajos. Cualquier exceso de polarización inversa puede provocar una degradación inmediata y acelerar considerablemente su fallo. 5 V es la tensión máxima típica de polarización inversa para los LED comunes; algunos tipos especiales pueden tener límites inferiores.
• Daños ópticos catastróficos : Pueden ocurrir en láseres semiconductores de alta potencia .