可见光区之发光二极体LED与半导体雷射简介.doc

老師：郭艷光 班級：物四乙 學號：8522056 姓名：王堯民 前言 由於體積小、耗電少、亮度高等優點，發光二極體自1968年問世以來早已成為日常生活中不可或缺的光電元件。近年來由於材料科技的突飛猛進，使得發光二極體多彩化和價格降低，故其應用領域愈來愈廣，不再侷限於室內，進而也邁向戶外顯示器的發展。由於發光二極體的多項優點，未來以發光二極體為主的產品必將大增。而雷射二極體自從1960年代發明至今，也已發展成為光資訊與光通訊不可或缺的重要光電元件，目前已有應用於光資訊儲存、條碼掃描、影像紀錄與雷射醫療等用途。不管是發光二極體或雷射二極體皆會因其材料的不同而發出可見光與非可見光，現在本文將針對此兩種光電元件中能發出可見光（波長為400nm至700nm）的材料作元件結構、發光特性、結晶成長技術和其應用方面的初步介紹。 發光二極體 （Light Emitting Diode）----簡稱LED 由於體積小、耗電少，發光二極體（LED）早已成為日常生活中不可或缺的光電元件。在高度資訊化的時代裡，人類除了期望滿足〝知〞的渴望外，也希望能有賞心悅目的視覺效果。而發光二極體自1968年問世以來，初期主要適用於室內的應用，如家電產品、儀器指示等。近年來由於材料科技的突飛猛進，使得LED的亮度不斷升高、多彩化及價格降低，故其應用領域也愈來愈廣，不再侷限於室內，進而邁向戶外顯示器的發展，如第三煞車燈、交通號誌及戶外看板等。LED之所以被廣泛使用，主要的優勢在於他比一般燈泡更加輕量化、壽命長、省電、切換速度快、單色性及可靠度高等優點，所以未來以LED 為主的產品必將大增。因為不同材料的LED會發出不同顏色的光，包括了可見光和非可見光兩種，接下來就來介紹幾種能發出可見光的材料。 Visible LED GaAsP----磷砷化鎵 LED（Ⅲ-Ⅴ族）　　　　　 1、元件構造與發光特性 GaAs1-xPx 可以作為紅色（X=0.4，655nm）及黃（X=0.85，590nm）、橙（X=0.75，610nm）、綠色（X=1，555-565nm）發光二極體，其結構剖面圖分別如圖一及圖二所示，最大不同在於紅色LED係使用GaAs做基板，而黃、橙、綠色LED則以GaP為基板。由於發光區域GaAs1-xPx材料之晶格常數與基板相差甚大，無法直接長在基板上，因此均先成長一層組成份漸變層，逐漸將組成份調整至所需比例後再生長一層組成份固定層，但如果是黃色或橙色LED時，則尚須在組成份固定層之最後約20(m參雜氮。P-N 接面是以鋅拓散方式而形成，與一般液相結晶成長法（LPE）直接長成P型層形成 P-N接面者不同。 金屬電極 鋅拓散層 P型 Si3N4 n-GaAs0.6P0.4 n-GaAs1-xPx漸變層 GaAs substrate 金屬電極 圖一 GaAsP Red LED 金屬電極 鋅拓散層 P型 Si3N4 n-GaAs01-xPx (：N )固定層 n-GaAs01-xPx 固定層 n-GaAs1-xPx漸變層 GaP substrate 金屬電極 圖二 GaAsP 黃、橙光 LED GaAs1-xPx材料之能隙與組成份x之關係在0＜x＜0.49範圍內為直接能隙，因此發光效率較高，如紅光LED(x=0.4)。x＞0.49時為間接能隙，發光效率差