LED-半导体发光显示器件.pptx

第2章半导体发光显示器件（LED）发光二级管（LED）显示白色LED照明灯§1概述电压：LED使用低压电源供电电压在6-24V之间根据产品不同而异所以它是一个比使用高压电源更安全的电源特别适用于公共场所。效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80%适用性：很小每个单元LED小片是3-5mm的正方形所以可以制备成各种形状的器件并且适合于易变的环境稳定性：10万小时光衰为初始的50%响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级LED灯的响应时间为纳秒级.LED的萌芽期LED的注人型发光现象是1907年H.J.Round在碳化硅晶体中发现的。1923年O.W.Lossew在S的点接触部位观测到发光从而使注人型发光现象得到进一步确认。1952年J.R.Haynes等在锗硅的P－N结以及1955年G.A.Wolff在GaP中相继观测到发光现象。20世纪60年代可以说是基础技术的确立时期。从1962年Pankove观察到GaAs中P－N结的发光开始相继发表关于GaAsGaPGaAsPZnSe等单晶生成技术、注人发光现象的大量论文1968年GaAsP红色LED灯投人市场1969年R.H.Saul等人发表GaP红色LED的外部发光效率达7.2％从此实用化的研究开发加速展开在70～80年代由于基板单晶生长技术、P－N结形成技术、元件制造、组装自动化等技术的迅速进步。近年来采用高辉度红色、绿色LED的平面显示元件已广泛用于各种信息显示板。对于最难实现的蓝色LED采用了SiC数年前也达到了实用化已有显示灯产品供应市场§2半导体发光原理（LED）P-N结发光原理当Ｐ型半导体和Ｎ型半导体结合在一起时由于交界面处存在载流子浓度的差异这样电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。外加的正向电压有一部分降落在PN结区方向与PN结内电场方向相反削弱了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍减弱扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流可忽略漂移电流的影响PN结呈现低阻性。外加的反向电压有一部分降落在PN结区方向与PN结内电场方向相同加强了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍增强扩散电流大大减小。此时PN结区的少子在内电场的作用下形成的漂移电流大于扩散电流可忽略扩散电流PN结呈现高阻性。LED的伏安特性LED的发光效率（一）辐射复合按电子跃迁的方式可把辐射复合分为直接复合、间接复合。其能带结构的特点是在价带顶与导带底不存在动量差这种半导体发生的复合称为直接跃迁型。间接复合（跃迁）三种发光机制施主受主对复合指施主俘获电子和受主俘获空穴的一种复合是一种发射光子能量小于带隙的重要机制那能明显提高间接带隙半导体的发光效率。（二）非辐射复合在能带结构中由于导带、价带都为抛物线形状因此发光谱两端都会有不同程度的加宽现象其半高宽一般为30～50nm。红外LED一般使用直接迁移型材料如GaAsGaAlAsInGaAsP等。但也有用掺杂Si的GaAs制作的LED通过在比价带高的能量位置形成的所谓受主能级与导带的电子发生复合的机制其发光波长为940nm比GaAs禁带宽度对应的发光波长880nm更长些。蓝色LED需要采用禁带宽度大的材料已经在研究开发的有SiCGaNZnSeZnS等。SiC是容易形成P-N结的材料属于间接跃迁型依靠掺入杂质Al和N能级间的跃迁产生发光。GaNZnSeZnS为直接跃迁型可获得高辉度发光。这些材料的研究开发近年来获得重大突破高辉度蓝色LED正在达到实用化。电流注入与发光实际LED的基本结构要有一个P-N结。当在P-N结上施加顺向电压即P型接正N型接负的电压会使能垒降低从而使穿越能垒的电子向P型区扩散使穿越能垒的空穴向N型区扩散的量增加。通常称此为少数载流子注入注入的少数载流子与多数载流子发生复合从而放出光。随电压增加达到一定值电流急剧增加光发射开始。电流开始增加时对应的电压相应于P-N结势垒的高度称该电压为起始电压起始电压随LED材料及元件的结构不同而不同GaAs为1.0～1.2VGaAIAs为1.5～1.7VGaP为1.8VSiC为2.5V等等。LED的发光效率与其能量收支相关其数值可表示为载流子向P-N结的注入效率、载流子变为光的变换效率、产生的光到达晶体外部的光取出效率三者的乘积。发光效率、光输出及亮度注入LED的载流子变换为光子的比率称为内部量子效率；而射出晶体之外的光子与注入载流子之比称为外部量子效率。由于在P-N结附近发生的光会受到晶体内部的吸收以及反射而减少一般说来外部量子效率要低于内部量子效率。市售LED产品的外部量子效率红色的大约为15％从黄色到绿色的则在0.3％～l％范围内蓝色的大约为3％。本节完发光二级管制造中的主要工艺技术外延技术