《發(fā)光二極管》

1、 發(fā)光二極管2.1 引言1、定義：發(fā)光二極管（LED）是一種固態(tài)發(fā)光，是利用半導體或類似結構把電能轉換成光能的元件，屬于低場下的注入式電致發(fā)光。2、特點：B高，室溫下，全色LED大屏幕，500010000cd/m2工作電壓低，15V，可與Si邏輯電路匹配響應速度快，107 1 09s彩色豐富，已研制出紅綠藍和黃橙的LED尺寸小，壽命長（十萬小時）視角寬，96年，達80度；97年，達140度3、缺點：電流較大，對七段式LED數碼管，10mA/段功耗大，裝配大型矩陣屏時散熱問題突出4、簡史1923年，由Losev在產生p-n結的SiC中發(fā)現注入式電致發(fā)光60年代末，LED得到迅速發(fā)展1964年，G

2、vimmeiss和Scholz以GaP間接帶材料隙得到橙、黃、綠的LED80年代，藍光的LED研制出來，用寬帶隙n型或半絕緣的GaN、ZnS或ZnSe上形成肖特基勢壘形成 Current LED TechnologyAxial Intensity100101400 450 500 550 600 650 700Wavelength in nmSiC0.1GaInNGaInNGaInNGaP : NGaP: NGaAsPGaAsPGaAsPAl In GaPAl In GaPAl In GaPGaA I As (DH)2.2 LED的發(fā)光機理PN結斷面示意圖What happens when p

3、-type & n-type semiconductors are connected? Holes and es migrate across p/n junction.holes104 V/cm electric field atjunction limits size of depletionregion2.2.1 LED的物理基礎 復合理論一. 載流子的激發(fā) 半導體中的發(fā)光是原子能態(tài)之間輻射躍遷的結果。輻射復合速率是由高能態(tài)的電子密度、空著的低能態(tài)密度以及這兩種能態(tài)之間的躍遷幾率三者乘積決定的。因為半導體中相鄰原子的間隔小（5），它們的軌道電子的波函數相互作用，因此形成允許的能帶而不足

4、形成分離的能級（如在孤立的原子中），發(fā)光產生與帶間的躍遷，因此不是單色的，而是擴展遍及一般為幾百寬的波長間距半導體中發(fā)光是產生濃度超過熱平衡值的電子和空穴的復合激發(fā)載流子的方式有四種：（1） 光致發(fā)光：是由能量大于半導體能帶間隙的入射光吸收產生少數載流子的過程。它在研究半導體材料時常用 （2）陰極的射線發(fā)光：剩余載流子的產生是由高能電子電離的電子空穴隊而來的。每一個入射的電子產生的電子空穴對數目是非常大的（對于一個10kev的電子，其典型數為103）（3）放射線發(fā)光：由各種高能粒子轟擊發(fā)光物體產生電子空穴對而引起發(fā)光（4）電致發(fā)光：它是由于外加電場而產生少數載流子的過程利用這種現象制成的器件有

5、LED、LD、EL等二、復合過程 電子空穴對一旦由上面提到的某種激發(fā)過程產生，電子將回到它的較低能量的平衡態(tài)并與空穴復合。這種復合能夠通過兩種途徑發(fā)生：輻射復合，非輻射復合1. 輻射復合輻射復合可直接由帶間電子和空穴復合產生，也可通過由晶體自身的缺陷摻入的雜質和雜質的聚合物所形成的中間能級來產生；這些缺陷或雜質就叫做發(fā)光中心。按電子躍遷的方式可把輻射分成兩種帶間復合帶間復合是指導帶中的電子直接與價帶中空穴復合，產生的光子能量易接近等于半導體材料的禁帶寬度。半導體材料如GaAs,Inp等，由于價帶極大與導帶極小對應于同一位置（零動量位置）這種半導體材料的能帶稱為直接帶隙半導體能帶，也即是說，在直

6、接帶隙半導體的電子能量E（k)與波數K關系曲線中，導帶極小與價帶極大具有相同的K 值，電子與空穴在這種材料中的復合為二體過程，輻射效率不高。如果半導體材料的E（k)K曲線中，導帶極小與價帶極大對應于不同的K值，稱為間接帶隙半導體能帶。帶間復合必需涉及一個第三者的粒子以保持動量守恒。聲子（晶格振動)就是這里的第三者。但是這種三粒子過程中電子空穴復合的幾率比直接帶隙材料中小23個數量級，Si、Ge、GaP等都屬于間接帶隙，這類材料將兩種帶間復合的能帶示于下圖EgKE（k）hEg 直接帶隙半導體能帶 兩種帶間復合電子吸收光子的躍遷過程必須滿足能量和動量守恒，電子在躍遷過程中波矢保持不變 (在波矢k空

7、間必須位于同一垂線上）直接躍遷直接躍遷和間接躍遷直接躍遷和間接躍遷常見半導體GaAs就屬于此類：直接帶隙半導體直接躍遷中吸收系數 和光子能量的關系為gggEhEhAEhh21)(0)(（A為一基本常數）KE（k）hEg Ep間接帶隙半導體能帶hEgEp Eg間接躍遷：動量不守恒，電子不僅吸收光子，同時還和晶格交換一定的振動能量，即放出或吸收一個聲子從而達到動量守恒. 光吸收系數（1-103 cm-1）比直接躍遷（104 - 106 cm-1 ) 小得多。Si：間接帶隙 半導體非間接復合施主和受主雜質不僅決定于材料的導電類型和電阻率，而且當雜質是發(fā)光中心時，它們還支配著輻射復合過程，雜質取代晶體

8、內部的基質原子，其位置不規(guī)則，因而委形成周期性排列。雜質能級在動量空間擴展開，特別是出現在K0處，（說明雜質能級于半導體的價帶頂或導帶低具有相同的動量）。這說明為何含有雜質能級的躍遷能如此有效，復合的輻射部分可以發(fā)生在從導帶到受主或從施主到價帶，躍遷更經常發(fā)生在施主和受主能態(tài)之間，因為它們分別單獨為電子和空穴提供低能態(tài)。在半導體 -族化合物如GaP中，選用特定的雜質通常是從 族施主Te、Se、和S，以及從 族受主Zn、Cd和Mg當中進行挑選。這種半導體材料（ GaP ）在常溫下通過激子(是指電子處于激發(fā)狀態(tài)但不能自由行動，被空穴所產生的庫侖場俘獲的原子或分子)來進行非間帶復合躍遷。如果在 -族

9、化合物中選用與基質晶體同樣電子結構的元素攙雜，使之置換基質晶體元素的晶格點，由于它與基質晶體元素的電子親和力不同，而對電子或空穴產生吸引作用，這樣的勢阱叫做等電子勢阱，這種材料是通過等電子勢阱來進行帶間復合躍遷。如GaP中攙N，N置換P，因為N和P為同一族，置換后呈電中性，由于N比P對電子的親和力大，會俘獲電子，其后又以庫侖場俘獲空穴，因此N也稱為等電子受主。對于各種特定的攙雜劑和半導體的組合，最佳的雜質濃度通常是以高效發(fā)光為目的的經驗來決定。一般情況下，雜質濃度不能太小，因為：注入少數載流子的復合幾率直接正比于將要與之復合的多數載流子的濃度（即發(fā)光中心濃度）較高的串聯(lián)電阻是由于低的載流子濃度

10、的緣故，在大電流下，能引起過多的發(fā)熱和大的電壓降。另一方面，雜質濃度不能太大，由于“濃度悴滅”，在濃度接近雜質溶解度極限時會引起諸如沉淀和金屬絡合物等冶金學缺陷，使半導體根本不會發(fā)光，因此濃度不能太大。對于所攙施主雜質，濃度范圍為10171018個cm3，受主雜質在10181019個cm32、非輻射復合電子與空穴的復合為非輻射性時，則不發(fā)光，在半導體材料中最主要的非輻射復合過程有兩種：通過缺陷或雜質中心的復合內部量子輻射復合就是在那里發(fā)生缺陷（以及Fe、Cu一類的污染）引起的，深復合中心并跟著發(fā)生紅外發(fā)射或非輻射復合。這是由于雜質在表面處有一能態(tài)的連續(xù)區(qū)（或準連續(xù)區(qū)）可以把導帶和價帶連接起來，

11、在表面態(tài)處的復合由聲子發(fā)射耗散掉多余的能量通過俄歇效應的非輻射復合俄歇電子發(fā)射是下圖所示的一個過程。VacM等L2,3L1KEF 初始態(tài)0EVacM等L*2,3L1KEF 終態(tài)M等L*2,3L1EFVacK 激發(fā)與發(fā)射EpEk2、2、2 p-n結注入式電致發(fā)光機理（結型電致發(fā)光）按照半導體材料不同形成的p-n結來進行電致發(fā)光的情況，可分為兩類： 同質p-n結注入式電致發(fā)光異質p-n結注入式電致發(fā)光一、同質p-n結注入電致發(fā)光At the junction, free electrons from the N-type material fill holes from the P-type ma

12、terial. This creates an insulating layer in the middle of the diode called the depletion zone. 無外加電壓p-type & n-type semiconductor LED的發(fā)光原理PN結(PN-junction)二、異質p-n結注入電致發(fā)光能帶如圖所示PNEc1Ev1EFEv2Ec2Eg1Eg2未加偏壓下的PN結能帶圖PEg1Eg2NEg2Eg1Ec2Ec1Ev1EFp加正向偏壓下的PN結能帶圖發(fā)光區(qū)注入源Potential 勢壘異質結(Hetero-junction)2、3 Light Emitt

13、ing Diode (LED)2、3、1 結構與材料一、結構采用半導體工藝在襯低上制作p-n結，然后制作Al電極，接著在半導體襯低一面蒸鍍AuGe電極，制得芯片，封裝芯片，焊到管座上，由超聲波焊接或熱壓焊引出電極，最后涂覆透明的環(huán)氧樹脂。其形狀和折射率對LED發(fā)光有很大的影響Phosphor Coated LEDs二、材料LED對材料的要求：1. Eg較大，因為晶體發(fā)光的EmaxEg1.72ev,Eg大，則便于發(fā)能量較大的藍光或綠光2. 純度高，晶格完整性好，以減小非輻射復合3. 直接帶隙的半導體，其躍遷效率高4. 能容易與Al、Au等金屬形成良好的歐姆接觸5. 穩(wěn)定性好，價格便宜重要半導體的

14、帶隙重要半導體的帶隙對于LED材料的要求體現在LED特性上有二個重要的優(yōu)質：一是外量子效率。另一個引入亮度B度效率：由視覺曲線查出的光：觀察到的發(fā)光面積：結面積；：結電流密度（）發(fā)射光波長（L)/AJnm:)/(394122sjsjexAAmmcdALJAB2.3.2 LED的制造工藝結型發(fā)光器件工藝和一般半導體器件相似，但由于它是發(fā)光器件，因此必須充分注意其電學、光學特性的統(tǒng)一效果。半導體發(fā)光材料通常是用外延材料制作的，GaAsP基片是由氣相外延制造的，單晶晶片上切割下來的，而GaP和AlGaAs則采用的液相外延技術。相應的器件制作都是采用n型摻雜的材料，用Zn擴散方法，進行局部受主擴散形成

15、pn結，這里以GaAs0.6P0.4LED為例，對制作工藝加以說明。單晶的制作單晶的制作采用水平布里奇曼法（Bridgman） 采用保護旋轉提拉法平面結型LED工藝NGaAs（100）摻 P、Te外延NGaAs（100）NGaAs 1x PxSi3N4掩模NGaAs（100）NGaAs 1x Px Si3N4掩模 光刻Si3N4掩模NGaAs（100）NGaAs 1x Px Zn擴散NGaAs（100）NGaAs 1x Px LED的制作工藝的制作工藝蒸鋁電極NGaAs（100）NGaAs 1x Px Al光刻Al電極NGaAs（100）NGaAs 1x Px AlNGaAs（100）NGaA

16、s 1x Px Al蒸 金鍺 電 極劃片、測試選片、封裝外延技術：外延技術：LPE (liquid phase epitaxy)VPE (vapor phase epitaxy)MBE (molecular beam epitaxy)MOCVD (metal-organic chemical vapor deposition)Liquid-Phase Epitaxy (LPE)LPE is the simplest technique mechanically.It is an excellent technique for the production of the very thick l

17、ayers used in some high-brightness LED structures.Molecular Beam Epitaxy (MBE)MBE is the most powerful technique for the production of superlattice and quantum-well structures.MBE can be used for the growth of a wide range of materials, but a notable shortcoming is the difficulty experienced with th

18、e growth of the phosphides.Organometallic Vapor-Phase Epitaxy (OMVPE)OMVPE is the most versatile technique for the production of III-V materials and structures for eletronic and photonic device.It is also the most recent technique to be devoloped for the production of high-quality III-V semiconducto

19、rs.臺面結型LED工藝NGaAs（100）摻 P、Te外延NGaAs（100）NGaAs 1x PxZn擴散NGaAs（100）NGaAs 1x PxP GaAs 1x Px蒸Al電極光刻NGaAs（100）NGaAs 1x PxP GaAs 1x PxNGaAs（100）NGaAs 1x PxP GaAs 1x PxAl1. 減薄、拋光2.蒸AuGe電極 NGaAs（100）NGaAs 1x PxP GaAs 1x Px封裝AuGe2.3.3 LED的特性1、IV特性其正向IV特性與普通二極管大致相同以上一般在的反向擊穿電壓值得注意的是大時；小時為復合因子：玻爾茲曼常數開啟點電流V51m2

20、mI/1038. 1K:)/exp(2300LEDImKJImKTevIIDiode V-I CharacteristicFor ideal diode, current flows only one wayReal diode is close to idealIdeal DiodeP-N Junction - V-I characteristicsVoltage-Current relationship for a p-n junction (diode) The Ideal Diode EquationIIqVkTwhereIdi odecurrentwi t h reversebi a

21、sqcoul om b t heel ect roni cchekeVKBol t zm ann sconst 00195116021086210exp,.,arg.,t an2、 BV特性和BI特性LED的發(fā)光亮度B與電壓V的關系，用下式表示：亮度）為起始亮度（開啟點的00)/exp(BBKTevBLED的BI特性用下式表達：1m5 .13 .1mKIBm高時：低時：為比例系數IIK注意：發(fā)紅光的GaP與上式不同，B呈現飽和。材料中心通過Zn-O對進行的，當少數載流子密度達到一定的數值時會使發(fā)光中心飽和，而發(fā)綠光的GaP中輻射復合時通過淺施主能級進行，即使施主濃度很大也不會出現飽和3、發(fā)光效

22、率、發(fā)光效率內量子效率參數是表示器件轉換效率的關，與人眼的視覺靈敏度有空穴對：激發(fā)時注入的電子數：輻射復合產生的光子：總的正向電流結的電流流過intTTintGNpn:INIFeFeIGI外量子效率由于材料的折射率高，發(fā)射和吸收的損失大，輻射復合產生的光子不會全部射出設射出的光子數目NT，注入的電子空穴對G，則：平均表面透射率：二極管的體積；：發(fā)射表面的面積器件的平均吸收系數；avpavpoutTVATVGA:/1 N1intT顯然，外量子效率小于內量子效率一般，內量子效率可達50；而外量子效率為0.112%eIPLEDLEDint,intrate ionrecombinat with RRR

23、radradnonradnontotalradrad功率效率對理想的p-n結LED,V外全部加在p-n結上.但在實際上,在電極和LED接觸處,LED半導體層本身都有電阻,稱為串聯(lián)電阻Rs.一般直接帶隙 -族化合物半導體LED中,Rs=13歐姆;間接帶隙除 -族化合物半導體LED,Rs=10歐姆.Rs上的壓降不影響量子效率,但減小了功率效率.功率效率的可以表示為:時的功率效率為其中代入表達式可得結上的電流流過結上的壓降故的存在由于光學效率外加電壓式中0Rsp0)V1/(p0)V1/(xinteVp:jI ;:V,Rs:x;:VexeVxinteVpjjjsjsjRIRIhnpnpjVsRjIjV

24、hh提高功率效率,則Rs下降,摻雜濃度升高.單不能太高(因為要影響LED的結晶完整性),一般取1018cm-3為宜.提高LED效率的途徑a.選擇適當的摻雜濃度在p-n結加上正向偏壓以后，注入結區(qū)的載流子有一部分被晶格缺陷和有害雜質俘獲，形成空間非輻射復合。這種復合盡量避免，因俘獲中心有限，可加大注入電流使其飽和，擴散電流jd開始起主要作用電流表示電子和空穴的擴散分別與；dpdndpdndjjjjj在LED中，只有一種擴散電流對發(fā)光貢獻大。在紅光GaP中，主要是jdn在p區(qū)的復合，要增加注入效率，就要提高jdn在全部擴散電流中的比例，因為施主雜質濃度（ND）大于受主雜質濃度（NA），要適當提高N

25、A。但是NA和 ND不能太高，否則因缺陷過多造成過多的光子吸收，減少電子遷移率和增加空穴向N區(qū)注入，這些都會降低注入效率，所以NA， ND 都有一個最佳值，一般都在1018cm-3這個數量級上。b.選擇適當的結深輻射復合發(fā)出的光從p-n結到達晶體表面之前會受到較大的吸收，為了減小吸收，把結做得薄一些，但是太淺了又會使注入的載流子在體內來不及充分復合就到達電極流走了。因此結深也有一個最佳值，其計算公式：umxumcmxjoptNNNNNjopt5 . 2;1L;/700GaPLLln1LL，紅光的；電子擴散長度。對發(fā)：吸收系數；）；式中（c.改進LED的結構由于 -族材料的折射率大（n34），即

26、使垂直入射到空氣界面的光也有50的發(fā)射，與界面的法線大于16度（全反射臨界角）的光完全發(fā)射回器件內部。ccos1exc只有 c立體角內的光才能出射出器件之外，將c16.2度代入，得外量子效率約0.03,即到達表面的光只有3%左右可以出射出來。但是由于晶體本身在光的傳輸過程中還有很強的吸收作用，因而實際的外量子效率比計算值低。用球面發(fā)射表面結構這種結構減小了界面發(fā)射，但使材料內部光程增大，在增加了吸收為了提高外量子效率，可采取下列措施：為了提高外量子效率，可采取下列措施：用折射率較大的介質做成圓頂光窗，以增大半導體內的全發(fā)射臨界角。LED-Optical Properties-Light Esc

27、ape ConeTotal internal reflection at the semiconductor air interface reduces the external quantum efficiency.The angle of total internal reflection defines the light escape cone. sinc = nair/nsArea of the escape cone = 2r2(1-cosc)Pescape / Psource = (1-cosc)/2 = c2/4 = (nair2/ns2)/4LED-Optical Prope

28、rties-Emission SpectrumLight intensity in air (Lambertian emission pattern) is given byIair = (Psource/4r2) X (nair2/ns2) cosIndex contrast between the light emitting material and the surrounding region leads to non-isotropic emission patternLED-Optical Properties-Epoxy encapsulantsLight extraction

29、efficiency can be increased by using dome shaped encapsulants with a large refractive index.Efficiency of a typical LED increases by a factor of 2-3 upon encapsulation with an epoxy of n = 1.5.The dome shape of the epoxy implies that light is incident at an angle of 90o at the epoxy-air interface. H

30、ence no total internal reflection.在p-n結背面設置合適的反射面，可以利用正面發(fā)出的光，也可以使后面的光得到有效的利用反射面反射面電極與p-n結的歐姆接觸處具有高的吸收系數，應減小接觸面積，但會增加串聯(lián)電阻Rs和降低熱導，因而可采用折中的辦法，用絕緣層（SiO2）覆蓋在二極管表面，同時在其上開一小窗口作歐姆接觸。采用此法的紅光GaAsP的LED，其吸收系數由700/cm下降到230/cm,相應亮度提高了23倍。對于GaAs紅外LED，可采用摻硅將其輻射波長向長波長方向偏移以減小吸收損耗選擇適當的p-n結半導體材料，使發(fā)射光譜與視覺曲線有最大的重疊。即使矩形結構

31、的LED，會可采取折射率大，吸收小的透明材料封裝LED，可增加出射光，入對于GaAsP的LED用環(huán)氧樹脂封裝（nr 1.55), c=25.5度，出射光增加了1.45倍，用低熔點玻璃封裝（nr 2.42.6)，則外發(fā)光效率可提高47倍。High extraction efficiency structuresShaping of the LED die is critical to improve their efficiency.LEDs of various shapes; hemispherical dome, inverted cone, truncated cones etc hav

32、e been demonstrated to have better extraction efficiency over conventional designs.However cost increases with complexity.High extraction efficiency structuresThe TIP LED employs advanced LED die shaping to minimize internal loss mechanisms.The shape is chosen to minimize trapping of light.TIP LED i

33、s a high power LED, and the luminous efficiency exceeds 100 lm/W.TIP devices are sawn using beveled dicing blade to obtain chip sidewall angles of 35o to vertical.High internal efficiency LED designsRadiative recombination probability needs to be increased and non-radiative recombination probability

34、 needs to be decreased.High carrier concentration in the active region, achieved through double heterostructure (DH) design, improves radiative recombination. R=BnpDH design is used in all high efficiency designs today.Doping of the active regions and that of the cladding regions strongly affects in

35、ternal efficiency.Active region should not be heavily doped, as it causes carrier spill-over in to the confinement regions decreasing the radiative efficiencyDoping levels of 1016-low 1017 are used, or none at all.P-type doping of the active region is normally done due to the larger electron diffusi

36、on length. Carrier lifetime depends on the concentration of majority carriers. In low excitation regime , the radiative carrier lifetime decreases with increasing free carrier concentration. Hence efficiency increases with doping.At high concentration, dopants induce defects acting as recombination

37、centers.High internal efficiency LED designsP-N junction displacementDisplacement of the P-N junction causes significant change in the internal quantum efficiency in DH LED structures.Dopants can redistribute due to diffusion, segregation or drift. Doping of the confinement regionsResistivity of the

38、 confinement regions should be low so that heating is minimal.High p-type conc. in the cladding region keeps electrons in the active region and prevents them from diffusing in to the confinement region.Electron leakage out of the active region is more severe than hole leakage. Non radiative recombin

39、ationThe concentration of defects which cause deep levels in the active region should be minimum.Also surface recombination should be minimized, by keeping all surfaces several diffusion lengths away from the active region.Mesa etched LEDs and lasers where the mesa etch exposes the active region to

40、air, have low internal efficiency due to recombination at the surface. Surface recombination also reduces lifetime of LEDs.Lattice matchingCarriers recombine non-radiatively at misfit dislocations.Density of misfit dislocation lines per unit length is proportional to lattice mismatch.Hence the effic

41、iency of LEDs is expected to drop as the mismatch increases. 4、溫度特性溫度上升，亮度下降；溫度增加1度，發(fā)光效率減小1，當LED消耗功率大，則結溫上升，輸出亮度下降，所以減小功耗，改良散熱條件很重要。Causes include non-radiative recombination via deep levels, surface recombination, and carrier loss over heterostucture barriers.5、發(fā)射光譜LED的發(fā)射光譜由半導體禁帶寬度以及雜質濃度決定。描述光譜分布的兩

42、個主要參量是峰值波長max與半高寬 。對GaAs1-xPx和Ga1-xAlxAs由于x不同，max620680nm， 2030nm；對GaP（紅）: max700nm， 10nm；對GaP（綠）: max570nm， 25nm。器件工作時的溫度 會影響發(fā)射光譜，隨著溫度升高， 變大， max也會發(fā)生漂移0.3o.4nm/度， 在光通信中是一個很重要的參量。6、響應時間在快速顯示，快速調制時，器件對信息的反應速度，即對啟亮和熄滅時間有一定的要求，LED響應時間由以下因素決定：LED的上升（啟亮）與I有關。隨著I上升，啟亮時間近似指數增長，這與發(fā)光中心和其它陷阱俘獲載流子的情況有關，而LED的衰減

43、與I無關。因為LED是少子注入的正向偏置的p-n結的自發(fā)輻射。響應時間與少子的壽命、結電容、寄生電容有關，但是主要由壽命決定LED的響應時間很短，主要是由于載流子的直接躍遷復合時間較短。 對GaP為100ns，GaAsP只有幾個ns。7、壽命LED的壽命一般很長，j1A/cm2,壽命為106h，與j有關，近似表示為2600/mA10:tj)/exp()(cmBtjBtB一般為老化時間常數，：工作時間；：工作電流密度；：起始亮度；影響LED壽命的因素有：表面漏電流的增加象銅之類的沾污物的內擴散在p-n結附近形成非輻射復合中心。對于前面兩個因素，可采用合適的鈍化、封裝以及清洗技術予以消除，對于后一

44、個原因可以在制作LED時盡量保證晶格的完整性，降低其缺陷密度，來達到緩解非輻射復合中心產生的速度，但不能完全消除。2.3.4 LED顯示器件常用材料性能1、GaAs：Eg1.43ev,直接帶隙，max在紅外線范圍，不能直接用于顯示GaAs：Si max940nm；GaAs：Zn max900nm近年來研制成功的將稀土熒光粉LaF3：Y：Er涂于芯片上，可將紅外轉移到綠光這是利用多次連續(xù)機理原理實現的。選擇適當的熒光粉可以得到氣體顏色的光。其缺點是：發(fā)光不均勻，響應速度慢2、GaPEg2.25ev,間接帶隙，這類器件有：max(nm) 外量子效率（）顏色GaP: ZnO690315紅光GaP：N

45、、O5900.05黃光GaP：N5500.050.7綠光優(yōu)點：透光性能好，顏色豐富，摻入不同的雜質，可發(fā)紅、黃、綠光；缺點：外量子效率低現已采用合成熔融擴散技術和液相外延技術制成高效的綠色GaP的LED.3、GaAs1-xPx由GaAs和GaP混晶制成，x：混晶比Eg隨x變化 x0.45 器件為間接躍遷型摻N的GaAs1-xPx會使發(fā)光效率提高AlGaAsAlGaAs was the first material for which very high brightness LEDs were demonstrated.The AlGaAs system is nearly lattice-m

46、atched to the GaAs substrates for all compositions.When the Al content increases, the bandgap becomes large and indirect.With increasing Al composition, the wavelength will also decrease.AlGaInPThe AlGaInP system was identified early as one of the most promising for high-performance LEDs.AlGaInP hav

47、e high external quantum efficiency, like 20% at 630 nm, 10% at 590 nm, and 2% at 570 nm.AlGaInNAlGaInN are very differently from the conventional III-V semiconductors.Due to they have large bond strengths, so they require high growth tempertures.They can be grown on SiC and sapphire, but the lattice

48、 match between GaN and SiC is much better than for sapphire.Tungsten(60W)Edisons First Light BulbHalogen (30W)Fluorescent (40W)Low-Pressure Sodium (18W)GREENGaAs P0.6 0.4GaP:Zn,OGaP:Zn,OGaP:N GREEN AlGaAs/GaAsAlGaAs/AlGaAsAlGaInP/GaAsAlGaInP/GaPRED - ORANGE - YELLOW BLUESiCBLUEPERFORMANCE (LUMENS/WA

49、TT)100 0.110 1GaAsPGaAsP:NRED - ORANGE - YELLOW RED - ORANGE - YELLOW InGaNRED RED RED RED 1960 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 RED Courtesy of:Courtesy of:InGaNInGaNYELLOWShaped AlGaInP/GaPRED - ORANGE - YELLOW 2.4 LED的應用LED具有工作電壓低（13V），電流?。◣讕资甿A），響應速度快（10-6 10-9s),壽命長（ 105h），B高，可與半導體集成電路匹配

50、，工藝簡單，能實現多路驅動等特點，因此可以在以下方面得到很好的應用：一、指示燈普通的鎢絲燈耐振動性差、易破碎等問題，LED指示燈不斷更新?lián)Q代，其壽命在數十萬小時以上，而且功耗小，發(fā)光響應速度快，亮度高，小型耐振動等特點，在各種應用中占有明顯的優(yōu)勢。常見的應用：電話、音響制品、家電制品、各種計測儀表以及集中控制盤等許多領域中，有著廣泛的應用。LED顯示屏的應用領域：證券交易、金融信息顯示；機場航班等的動態(tài)顯示等。White-light LEDsWhite light can be generated in several different ways.One way is to mix to c

51、omplementary colors at a certain power ratio.Another way is by the emission of three colors at certain wavelengths and power ratio.Most white light emitters use an LED emitting at short wavelength and a wavelength converter.The converter material absorbs some or all the light emitted by the LED and

52、re-emits at a longer wavelength.Two parameters that are important in the generation of white light are luminous efficiency and color rendering index.It is shown that white light sources employing two monochromatic complementary colors result in highest possible luminous efficiency.White-light LEDsWa

53、velength converter materials include phosphors, semiconductors and dyes.The parameters of interest are absorption wavelength, emission wavelength and quantum efficiency.The overall energy efficiency is given by = ext(1/ 2)Even if the external quantum efficiency is 1, there is always an energy loss a

54、ssociated with conversion.Common wavelength converters are phosphors, which consist of an inorganic host material doped with an optically active element.A common host is Y3Al5O12.The optically active dopant is a rare earth element, oxide or another compound.Common rare earth elements used are Ce, Nd, Er and Th.White LEDs based on phosphor convertersA blue GaInN/GaN LEDand a phosphor wavelengthconverter suspended in a epoxy resin make