第三讲++半导体发光材料ppt课件.ppt

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1、第三讲—半导体发光材料1第三讲主要内容半导体发光材料的条件半导体发光材料体系2UV350700600500AlGaInP380540580640IRInGaN高亮度LED的颜色覆盖了整个可见光区nm半导体的波长（nm）=1240／带隙（eV）发光波长与材料的关系3带隙宽度合适Eghv半导体晶体的带隙宽度必须大于所需发光波长的光子能量可见光λ：380-780nm，可求对应半导体材料Eg其中，h为普朗克常数6.626*10-34J.s，c为光速2.9979*108m/s;1J=6.25*1018eV4能带裁剪工程定义：改变半导体合金组成，增加二元合金的带隙宽度到光谱的可见区，

2、而保持其能带结构仍是直接跃迁型的三元或四元合金，从而设计和创造新的发光晶体材料。例子：GaAs+P红光发射的GaAsPAlGaAs、AlGaInP、InGaN、AlInGaN5可获得完整性好的优质晶体概念：没有杂质和缺陷的晶体晶体不完整（杂质和缺陷）缩短少数载流子寿命降低发光效率SiC晶体、GaN晶体的缺陷改进材料的生长方法，外延材料要与衬底在晶格常数和热膨胀系数匹配。6作业1：调查蓝宝石作为蓝绿光LED衬底的优缺点，在LED结构设计的过程中如何克服蓝宝石的缺点？78可获得电导率高的P型和N型材料为制得优良的PN结，要能呈现p型和n型两种晶体为获得较高的结电场，P区和N区

3、的掺杂要足够高。通常掺杂不应小于1*1017/cm3。为获得较高的电导率，应选用高迁移率的材料。9发光复合概率大LED用直接带隙材料以提高发光效率10直接带隙和间接带隙1112蓝光LED的曲折发展ZnSe和GaNGaN与衬底蓝宝石的晶格常数相差较大ZnSe很脆弱，寿命短，对晶体缺陷很敏感GaN高质量的GaN晶体、P型掺杂、器件结构设计作业二：查阅诺贝尔奖获得者中村修二的故事，理解蓝光LED的曲折发展及蓝光LED为何可以获得诺贝尔奖？13第三讲主要内容半导体发光材料的条件半导体发光材料体系14发光材料发光材料：能够把从外界吸收的各种形式的能量转换为光辐射的功能材料发光材料是

4、发光器件的基础，是器件性能提高的关键GaAs、GaP、GaAsPII-VI族二元化合物半导体发光器件进展迟缓，虽然曾被认为是可见光和近紫外区发光器件最自然的候选材料。OLED的发光材料研究15发光材料LED芯片用的半导体发光材料：电致发光材料，无机，与光致发光的荧光粉材料不同成为半导体发光材料的条件：带隙匹配、可获得电导率高的p型和n型晶体、可获得完整性好的优质晶体、直接带隙16III-V化合物半导体发光材料含有III族金属Al、Ga和In以及V族元素As、P或N中一种的三元和四元合金是当前LED工业的基础。典型的GaAs、GaP、GaN、GaAsP（GaAs+GaP）、

5、AlGaAs（GaAs+AlAs）、AlGaInP（AlP+GaP+InP）、AlInGaN（AlN+InN+GaN）等主要原因：带隙较大—带隙大于1.1eV；直接跃迁能带结构—效率高；电子迁移率高—高速17GaAsGaAs：典型的直接跃迁型材料（与InP一起称为第二代半导体材料，第一代Si、Ge）；Eg~1.43eV，λ~900nm；最为重要且研究最多的III-V族化合物半导体GaP：典型的间接跃迁型材料，从理论上讲，辐射复合概率最小。通过掺入不同的等电子陷阱发光中心，可以直接发射红、绿等颜色的光，是20世纪90年代前发光效率最高的可见光材料。是发射可见光的唯一二元化合

6、物晶体材料。GaP:N——黄绿光GaP:ZnO——红光18AlGaAsAlxGa1-xAs=GaAs+AlAs当Al组分的摩尔比x在0~1之间变化时，其所对应的带隙能量在1.424eV（GaAs）~2.168eV（AlAs），X=0.45时由直接跃迁变成间接跃迁X<0.45，其跃迁以直接带隙为主，因此具有较高的内量子效率；0.45

7、配小，在GaAs衬底上生长外延层时，不需要过渡层，就能获得很高质量的AlxGa1-xAs外延层。最早被广泛应用的高亮度LED异质结构材料体系。生产技术：液相外延（LPE）缺点：Al在高温高湿环境下容易氧化。2022×(99.7%)iGaAs70nmiAl0.9Ga0.1As80nmiGaAs70nmiGaInP75.38nmp++GaAs88nm1×1019cm-3pAl0.98Ga0.02As60nm1×1018cm-3iAl0.3Ga0.7As77nmiAlxGa1-xAs(x=0.08-0.3)42nmiGaAs10nm