¿Cómo se degradan lentamente los LED en el uso normal?

Según tengo entendido, un LED normalmente tiene una vida útil de quizás 25 años con una salida que decae exponencialmente en función del tiempo y la corriente.

¿Qué causa la degradación? Supongo que la corriente mueve lentamente los átomos en la red, pero ¿qué sucede exactamente?

Probablemente este artículo contiene todo lo que necesita para comprender por qué los LED de alta eficiencia fallan gradualmente:

Comprender la causa del desvanecimiento en los LED de alto brillo (por Steven Keeping; Contribuido por productos electrónicos; 2012-02-21).

Los LED indicadores, por otro lado, son mucho menos propensos a fallas, debido a un menor estrés (menos potencia disipada), pero el mecanismo debería ser el mismo.

A continuación, algunos extractos de ese artículo:

Causa primaria de falla

Un LED es un dispositivo eléctrico y, como tal, puede fallar de muchas maneras. [...] Sin embargo, en la práctica, los LED son notablemente confiables y la "falla" probablemente sea el resultado de que la salida de luz caiga por debajo de un umbral aceptable (típicamente el 70 por ciento de la salida inicial [...]. La causa principal de ese desvanecimiento (o "falla de la luz") se desencadena (en su mayor parte) por las dislocaciones de roscado introducidas en el chip durante la fabricación de la oblea.

Las dislocaciones de roscado actúan como sitios de nucleación para dislocaciones más grandes del cristal. Estos se forman naturalmente debido al calentamiento durante el funcionamiento, la expansión térmica y la contracción cuando el LED se enciende y se apaga, y al estrés mecánico como la vibración. A medida que se producen más y más dislocaciones con el tiempo, aumenta el número de sitios para la recombinación no radiativa y disminuye la eficiencia cuántica. (Algunos otros factores, como la difusión de metal en el semiconductor desde los cables de conexión también contribuyen al fallo de la luz, pero las dislocaciones son el mecanismo principal).

[...]

Peor aún, las recombinaciones no radiativas que causan vibraciones de la red cristalina se suman a la temperatura general. En otras palabras, a medida que el chip envejece, funcionará cada vez más caliente para un voltaje directo dado debido a un mayor número de fonones, acelerando la formación de dislocaciones y la eventual desaparición del dispositivo.

Línea de fondo:

• La fabricación de la unión PN no puede ser perfecta y esto conduce a imperfecciones en la red cristalina.

• Estas imperfecciones tienen un intervalo de banda diferente, de modo que las recombinaciones de agujeros de electrones en esos sitios no contribuyen a la emisión de luz (es decir, fotones), sino que provocan la emisión de fonones (cuantos vibracionales).

• Las imperfecciones tienden a actuar como centros donde la red se vuelve "irregular" cada vez más (esto se llama nucleación ) debido a vibraciones, choques térmicos, etc.

• Los fonones tienden a aumentar ese efecto de nucleación, por lo que el fenómeno tiene "retroalimentación positiva" y tiende a empeorar con el tiempo.

• Cumplir con las especificaciones del fabricante ayuda a mantener ese problema bajo control.