第五章 LED 芯片技术ppt课件.ppt

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1、第五章LED芯片技术第六章LED封装技术第七章LED电、热性能测试、可靠性分析半导体照明知识讲座§1LED的主要材料体系半导体发光材料是发光器件(LED)的基础，如果没有GaAs、GaN、AlGaInP、(Al)GaInN等材料的研究进展，发光器件也绝不可能会取得今天这样大的发展，今后器件性能的提高也很大程度取决于材料的进展。一、半导体材料分类第一代半导体材料，元素半导体材料；以Si和Ge为代表，Si：Eg=1.12eV第二代半导体材料，化合物半导体材料；以GaAs，InP等材料为代表，GaAs：Eg=1.46eV第三代半导体材料，化合物半导体材料；以GaN、SiC、ZnO

2、等材料为代表，GaN:Eg=3.3eV周期表中与半导体相关元素III－V族化合物半导体材料(AlN,InN,GaN,AlP,InP,GaP,AlAs,InAs,GaAs等)II－VI族化合物半导体材料（ZnO,CdTe,ZnS等）其导带的极小值与价带的极大值具有相同的波矢K，电子跃迁产生光辐射时，K的数值变化不大，不需要第三者的参与，所以称为直接跃迁型。◎直接带隙半导体直接跃迁E1E2此类型的半导体带间复合几率比间接带隙型半导体高得多此类型半导体的导带极小值和价带的极大值对应于不同的K值。电子跃迁时，为了满足动量守恒，必须有声子参与此跃迁过程。对于需要声子参与的跃迁过程称为

3、间接跃迁，其发生几率比直接跃迁小得多，发光效率也比较低。◎间接带隙半导体;间接跃迁E1E2对于直接跃迁型辐射，如果辐射光的频率为ν，则：对于间接跃迁型辐射，如果辐射光的频率为ν，则：式中，Kθ为声子的能量，也就是晶格振动的热能。注：声子就是晶格振动的能量量子。直接带隙半导体间接带隙半导体价带的极大值和导带的极小值都位于k空间的原点上；价带电子跃迁到价带时，只要求能量的改变，而电子的准动量不发生变化，称为直接跃迁；直接跃迁对应的半导体材料称为直接禁带半导体，GaAs，GaN，ZnO。价带的极大值和导带的极小值不位于k空间的原点上价带的电子跃迁到价带时，不仅要求电子的能量要改变

4、，电子的准动量也要改变，称为间接跃迁间接跃迁对应的半导体材料称为间接禁带半导体，例子：Si，Ge，GaP。第二节注入载流子的复合直接和间接带隙半导体的理论复合概率（300K）半导体固溶体1.由两种或两种以上同一类型的半导体相互溶合而组成的，且一般是组分连续(无限)的，又称合金半导体材料。2.分类：按半导体类型分：硅锗固溶体（SixGe1-x），各种III－V族化合物固溶体，各种II－VI族化合物固溶体。按组成的元素数目：三元系半导体（InxGa1-xN）四元系半导体(InxGa1-xAs1-yPy)五元，．．．半导体固溶体3.大多数固溶体半导体为代位结构，溶质原子和溶剂原子

5、具有相同的原子价类型。如三元系AlxGa1-xAs，(0

6、ter）通过改变组分获得不同的带隙宽度称为能带剪裁。例如，Ga1-xAlxAs是GaAs和AlAs的固溶体。当x=0.35时由直接跃迁变成间接跃迁。实用LED的材料绝大多数为III-V族化合物半导体材料及其多元合金，包括：二元系GaAs、GaP、GaN、AIP、SiC；三元系GaAsP、A1GaAs、InGaN、A1GaN、InGaP、AIGaP；四元化合物AIGaInP,AlInGaN，InGaAsP等二、制备LED所用的半导体材料三、成为半导体LED发光材料的条件1、半导体带隙宽度与所需发光光子的能量相匹配。2、只有直接带隙半导体才有较高的辐射复合概率。3、还要求有好的

7、晶体完整性、可以用能带剪裁方法调节带隙、有可用的p型和n型材料。III-V族化合物具有所需光谱范围重叠的带隙，能形成稳定的直接带隙三元或四元合金，它们是当前LED工业的基础。砷化镓（GaAs）GaAs是黑灰色晶体，是典型的直接跃迁型材料，其光子能量为1.4eV左右，发射的波长在900nm左右，属于近红外区。几种III－V半导体发光材料磷化镓(GaP)GaP是橙红色透明晶体，是典型的间接跃迁型材料。铝镓铟磷（AlxGayIn1-x-yP）1、(AlxGa1-x)yIn1-yP，y约为0.5时，其晶格常数几乎完美地与G