LED基础知识及外延工艺

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1、3ESemiconductorCreatetheLight,LighttheWorldLED基础知识及外延工艺3ESemiconductorCreatetheLight,LighttheWorldLED的发光原理LED的特点白光LED的实现外延基础知识纲要LED是“lightemittingdiode”的英文缩写。中文名:发光二极管。LED是一种将电能转换为光能的固体半导体器件。LED实质性核心结构是由元素谱中的Ⅲ-Ⅳ族化合物材料构成的p-n结。3ESemiconductorCreatetheLight,LighttheWorld半导体简介半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的物

2、质，室温电阻率ρ介于金属与绝缘体之间金属<10−6(Ω·cm)半导体10−3∼106(Ω·cm)绝缘体>1012(Ω·cm)半导体有两种载流子电子(electron,negative)和空穴(hole,positive)P-N结：通过p型和n型半导体材料紧密接触而形成的结。半导体种类:单质半导体：Si、Ge化合物半导体：GaN、GaAs、GaP、ZnO、SiC3ESemiconductorCreatetheLight,LighttheWorldN-tapeP-tape半导体简介3ESemiconductorCreatetheLight,LighttheWorld价带顶导带底GaN

3、：3.4evAlN:6.2evInN:1.8ev不同半导体材料的带隙宽度半导体简介目前发光二极管用的都是直接带隙材料GaAsSi光是一种能量的形态，是一种电磁波。在同一介质中，能量从能源出发沿直线向四面八方传播,这种能量传递的方式通常叫做辐射。通常可以用波长来表达人眼所能感受到的可见光的辐射能量。人眼所能见的可见光的光波只占宽阔的电磁波谱家族中的很小空间。各种颜色光的波长光色波长λ（nm)代表波长红（Red）780～630700橙（Orange）630～600620黄（Yellow）600～570580绿（Green）570～500550青（Cyan）500～470500蓝（Bl

4、ue）470～420450紫（Violet）420～380420光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有关，即λ≈1240/Eg（mm）电子由导带向价带跃迁时以光的形式释放能量，大小为禁带宽度Eg。Eg越大，所发出的光子波长就越短，颜色就会蓝移。反之，Eg越小，所发出的光子波长就越长，颜色就会红移。若要产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应该在1.59～3.8eV之间。用不同颜色及数目LED加荧光粉所做成的白光LED的优点及缺点3ESemiconductorCreatetheLight,LighttheWorldLED(LightEmit

5、tingDiode)是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。发光原理：在外加电场的作用下,n型半导体载流子电子、p型半导体载流子空穴，这两种载流子进入量子阱中并相互结合，发出不同波长的光。LED基本构造LED简介3ESemiconductorCreatetheLight,LighttheWorld六方纤锌矿结构的GaNGaN是宽禁带直接带隙半导体，禁带宽度约为3.4ev.GaN简介3ESemiconductorCreatetheLight,LighttheWorld1928年Royer提出了外延（Epitaxy）一词，意思是“在……之上排列”。它是

6、指在具有一定结晶取向的原有晶体（衬底）上延伸出按一定晶体学方向生长薄膜的方法，这个薄膜被称为外延层。外延简介3ESemiconductorCreatetheLight,LighttheWorld2.外延技术液相外延（LPE）：生长速率快，产量大，但晶体生长难以精确控制。金属有机化学气相沉积（MetalOrganicChemicalVaporDepositionMOCVD）：精确控制晶体生长、重复性好、产量大，适合工业化大生产。氢化物气相外延（HVPE）：近几年在MOCVD基础上发展起来的，适应于Ⅲ-Ⅴ氮化物半导体薄膜外延生长的一种新技术。生长速率快，但晶格质量较差。分子束外延（M

7、BE）：超高真空系统，可精确控制晶体生长，晶体界面陡峭，晶格质量非常好，但生长速率慢，成本高，常用于研究机构。1.应用1959年末，外延生长技术应用于半导体领域，它的应用与发展对于提高半导体材料的质量和器件性能，对于新材料、新器件的开发，对于半导体科学的发展都具有重要意义。外延简介3ESemiconductorCreatetheLight,LighttheWorld同质外延：组成PN结的P型区和N型区是同种材料。（如：nGaN:Si上生长pGaN:Mg）异质外延：两种晶体结构相同