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制作LED的外延材料必须满足哪些要求?

文章出处:网责任编辑:作者:发表时间:2019/6/5

制作LED的外延材料必须满足以下的一些要求:


①要有足够宽的禁带宽度Eg。由于LED的PN结在通过电流时发出的光的波长入取决于 PN结材料的禁带宽度Eg,两者之间的关系可以表示为;1=1 240/Eg。为了发出可见光(波长的 范围为380~780nm),要求半导体材料的禁带宽度Eg>1.75eV;如要发出波长较短的蓝光或 紫外光,LED外延材料的值还要更大一些,应大于3eV。一般元素半导体是不能满足这个 要求的,这也是普通由锗或硅半导体制成的PN结在正向偏置下不能发光的原因。一般的化 合物半导体都具有比元素半导体更宽的禁带宽度;同时,在确定了 LED的发光波长后,还可 以通过调节多元半导体材料的组分配比来控制它的禁带宽度Eg值,例如对于铝铟镓磷 (AlInGaP)材料,可以通过选择合适的AlGa组分配比来控制它的禁带宽度,进而改变它的 发光颜色,使它的颜色由黄色变为深红,得到红、黄、绿等不同颜色。


鉴于上面提到这些原因,我们在制作LED时,必须选择化合物半导体做外延材料。

② 能够制作高电导率的P型、N型半导体晶体,以获得良好的PN结。晶体必须有足够 高的电导率才可以提供高发光效率所需要的电子-空穴对,为此,掺杂浓度应不低于 lxl017/cm3。为了减小正向串联电阻,应尽量选用载流子迁移率髙的材料,采用良好的外延 工艺与合适的掺杂材料,以及选择正确的掺杂浓度和温度。


③ 能够生成没有晶格缺陷和杂质的晶体。晶格缺陷和杂质会形成非发光复合中心,从而 降低LED发光的内量子效率和总发光效率。控制外延晶体的质量的因素有很多,如衬底材料、 晶体的外延生长工艺和方法等。


④ 发光复合率要大。由于发光复合率直接影响发光效率,所以目前高亮度LED和超高 亮度LED大都采用具有较大的发光复合率的直接跃迁型(或称直接带隙型)半导体材料来制 造,从而得到较高的发光效率。


根据以上这些要求,led外延所用的材料大都是Ⅲ-V族化合物半导体,例如砷化镓 (GaAs)、磷化镓(GaP)、镓铝砷(AlGaAs)、铝铟镓磷(AlInGaP)、铝铟镓氮(AlInGaN), 其他的还有IV族化合物碳化硅(SiC)及V-VI族化合物硒化砷(AsSe)等。


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