第二章 发光二极管显示（LED）.ppt

c.改进LED的结构 由于Ⅲ -Ⅴ族材料的折射率大（n＝3～4），即使垂直入射到空气界面的光也有50％的发射，与界面的法线大于16度（全反射临界角）的光完全发射回器件内部。 只有θ θc立体角内的光才能出射出器件之外，将θc＝16.2度代入，得外量子效率约0.03,即到达表面的光只有3%左右可以出射出来。 用球面发射表面结构 这种结构减小了界面发射，但使材料内部光程增大，在增加了吸收 为了提高外量子效率，可采取下列措施： 用折射率较大的介质做成圆顶光窗，以增大半导体内的全发射临界角。 在p-n结背面设置合适的反射面，可以利用正面发出的光，也可以使后面的光得到有效的利用 反射面 电极与p-n结的欧姆接触处具有高的吸收系数，应减小接触面积，但会增加串联电阻Rs和降低热导，因而可采用折中的办法，用绝缘层（SiO2）覆盖在二极管表面，同时在其上开一小窗口作欧姆接触。采用此法的红光GaAsP的LED，其吸收系数由700/cm下降到230/cm,相应亮度提高了2～3倍。 对于GaAs红外LED，可采用掺硅将其辐射波长向长波长方向偏移以减小吸收损耗 选择适当的p-n结半导体材料，使发射光谱与视觉曲线有最大的重叠。 即使矩形结构的LED，会可采取折射率大，吸收小的透明材料封装LED，可增加出射光，入对于GaAsP的LED用环氧树脂封装（nr ＝1.55), θc=25.5度，出射光增加了1.45倍，用低熔点玻璃封装（nr ＝2.4~2.6)，则外发光效率可提高4～7倍。 即使矩形结构的LED，会可采取折射率大，吸收小的透明材料封装LED，可增加出射光，入对于GaAsP的LED用环氧树脂封装（nr ＝1.55), θc=25.5度，出射光增加了1.45倍，用低熔点玻璃封装（nr ＝2.4~2.6)，则外发光效率可提高4～7倍。 温度上升，亮度下降；温度增加1度，发光效率减小1％，当LED消耗功率大，则结温上升，输出亮度下降，所以减小功耗，改良散热条件很重要。 效率下降由于深能级非辐射复合、表面复合及异质结载流子损失造成的。 4、温度特性 LED的发射光谱由半导体禁带宽度以及杂质浓度决定。描述光谱分布的两个主要参量是峰值波长λmax与半高宽Δλ 。 对GaAs1-xPx和Ga1-xAlxAs由于x不同， λmax＝620～680nm， Δλ ＝20～30nm； 对GaP（红）: λmax＝700nm，Δλ ＝10nm； 对GaP（绿）: λmax＝570nm，Δλ ＝25nm。 器件工作时的温度 会影响发射光谱，随着温度升高， Δλ 变大， λmax也会发生漂移0.3~o.4nm/度， Δλ 在光通信中是一个很重要的参量。 5、发射光谱 （2）采用保护旋转提拉法 LED的制作工艺 平面结型LED工艺 N－GaAs（100） 掺 P、Te 外延 N－GaAs（100） N－GaAs 1－x Px Si3N4掩模 N－GaAs（100） N－GaAs 1－x Px Si3N4掩模 光刻 Si3N4掩模 N－GaAs（100） N－GaAs 1－x Px Zn扩散 N－GaAs（100） N－GaAs 1－x Px 蒸铝电极 N－GaAs（100） N－GaAs 1－x Px ·Al 光刻Al电极 N－GaAs（100） N－GaAs 1－x Px ·Al N－GaAs（100） N－GaAs 1－x Px ·Al 蒸 金－锗 电 极 划片、测试 选片、封装 台面结型LED工艺 N－GaAs（100） 掺 P、Te 外延 N－GaAs（100） N－GaAs 1－x Px Zn扩散 N－GaAs（100） N－GaAs 1－x Px P－ GaAs 1－x Px 蒸Al电极 光刻 N－GaAs（100） N－GaAs 1－x Px P－ GaAs 1－x Px N－GaAs（100） N－GaAs 1－x Px P－ GaAs 1－x Px Al 减薄、抛光 2.蒸Au－Ge电极 N－GaAs（100） N－GaAs 1－x Px P－ GaAs 1－x Px 封装 Au－Ge 外延技术： LPE (liquid phase epitaxy) VPE (vapor phase epitaxy) MBE (molecular beam epitaxy) MOCVD (metal-organic chemical vapor deposition) 衬底单晶材料难免产生缺陷，因此需要在衬底表面生长一层优质的单晶薄膜，采用外延技术来实现。