第六七章PDP及电致发光.pptVIP

§7.3 电荷注入式电致发光显示 －－发光二极管(LED) LED发光原理即为前面所述，在载流子注入PN结时发生电子 和孔穴的复合，从而发光． LED显示有以下几个优点： 1.可靠性高； 2.驱动电压低(一般为2V)； 3.有较高的响应速度 * * 当前第63页\共有122页\编于星期六\17点 直接带隙半导体和间接带隙半导体 直接带隙半导体：高发光效率 Ga As, InP, AlAs, GaAlAs, InGaAsP 间接带隙半导体：低发光效率 Ge, Si * * 当前第64页\共有122页\编于星期六\17点 费米-狄拉克分布 电子处于能量为E的能级几率为： 空穴处于能量为E的能级的几率为： 空穴是指介电子激发跃迁以后在介带留下的空位。 公式中EF称为费米能级 费米-狄拉克分布 ； * * 当前第65页\共有122页\编于星期六\17点 p型、n型和I型半导体 施主杂质：掺杂到半导体中提供多余电子的元素，如P、S、As等 受主杂质：掺杂到半导体中提供多余空穴的元素，如B、Be、Zn、In等 n型半导体：掺杂施主杂质，形成电子导电型半导体 P型半导体：掺杂受主杂质，形成空穴导电型半导体 I型半导体（本征型半导体）：没有杂质的半导体 * * 当前第66页\共有122页\编于星期六\17点 EF EF EF I型 n型 P型 简并n型半导体 简并p型半导体 掺杂对费米能级的影响 * * 当前第67页\共有122页\编于星期六\17点 掺杂量和费米能级移动量的关系 EF EF EF I型 n型 P型 Ei Ei 施主 受主 ND,NA,Ni 施主、受主、本征载流子浓度 * * 当前第68页\共有122页\编于星期六\17点 pn结 VD称为势垒高度 P型半导体和n型半导体之间的接触界面，由于载流子的扩散，在界面附近形成空间电荷区。 耗尽层 * * 当前第69页\共有122页\编于星期六\17点 LED发光机理 载流子的复合 电子从介带跃迁到导带而产生电子空穴对时，需要吸收能量。当电子和空穴复合时会放出能量，能量以辐射或非辐射形式释放。 从电子来看，我们可以把受激产生电子空穴对以及电子空穴对的复合看成是电子的能级跃迁。 * * 当前第70页\共有122页\编于星期六\17点 pn结的能带图 当pn结加正向电压时，导致p、n处费米能级不一致，在pn结附近产生了粒子数反转。电子和空穴的复合几率增加，产生光子发射。 EEN、EFP称为准费米能级 * * 当前第71页\共有122页\编于星期六\17点 LED内的复合种类 1.带间复合：导带中电子和介带中空穴的复合，产生的光子能量接近禁带宽度,即 2.D-A对复合：在轻掺杂的半导体中，施主俘获的电子和受主俘获的空穴之间的复合。 3. 等电子陷阱的激子复合：等电子杂质是指掺杂在半导体中的同一族原子，它的介电子数相等。由这些原子构成俘获电子和空穴的陷阱。形成高效率的发光 * * 当前第72页\共有122页\编于星期六\17点 LED的内量子效率 LED的内部量子效率 其中?为电荷注入效率, ?q为辐射效率，一般pn结是电子注入到p区复合发光，因此 Dn、Dp---电子和空穴的扩散系数 Ln、Lp电子和空穴的扩散长度 nn0和Pp0---n区的电子浓度和p区的空穴浓度 * * 当前第73页\共有122页\编于星期六\17点 即辐射复合和非辐射复合数之比。其中Rr，Rnr为辐射复合和非辐射复合几率，?r ，?nr为辐射复合和非辐射复合载流子寿命 为提高注入效率，一般nn0pp0，此时n标为n+ 辐射效率： * * 当前第74页\共有122页\编于星期六\17点 LED的外部量子效率 LED的外部量子效率定义为总的光输出功率和总的电功率输入之比 影响LED外部量子效率的三个因素为： 半导体对光子的吸收 半导体介质的界面反射 光折射中的临界角 * * 当前第75页\共有122页\编于星期六\17点 一些半导体材料的外部量子效率 * * 当前第76页\共有122页\编于星期六\17点 LED的性能 1. LED的带宽 由于电子和空穴在导带和价带内具有既定的能级分布。其中电子在离导带1/2kT处具有最大的几率。 同样情况出现在空穴在价带中的分布。因此当电子从导带跃迁到价带时，产生一定的辐射带宽。典型的带宽 * * 当前第77页\共有122页\编于星期六\17点 * * 当前第78页\共有122页\编于星期六\17点 一个红光LED的发光光谱 不同的材料其带宽不同 * * 当前第79页\共有122页\编于星期六\17点 2.LED的电光特性 LED的电流发光特性