LED结构及原理讲述

1、红色发光二极管结构：从上到下，n型砷化镓衬底、n型砷化镓(大带帽材料)和p型有源层(小带帽材料)，即发光层，决定了发光波长，1.42电子伏，近850纳米，在红外范围内，通过调整铝含量，可以在红色范围内发光；在化合物半导体中加入铝会使带隙变大，而P型铝镓砷(大带隙材料)器件是双异质结构，即小带隙材料夹在两个大带隙材料之间；然后是盖层、介电层和电极。这个数字是生长累积晶体层后翻转的结果。原因是衬底是GaAs，1.42电子伏，它发射红外光。只要波长比红外光短，它就会吸收所有可见光，使中间发光层发出的所有光被衬底吸收，其中至少一半被吸收。因此，有必要在衬底中翻转和挖洞以形成自上而下的模式。大多数发光二

2、极管是表面发光的。同样是倒置的，以磷化铟为衬底，1.35电子伏，也能吸收可见光，但图中显示的是红外发光二极管。如何看红外：InGaASP: 1.33-1.5 eV，发光层是窄带隙材料，上下InP都是大带隙材料，标准双异质结，无需在衬底上挖洞，让Mitsudeki。不用翻转，不用异质结构，简单的pn型，间隙：N是发光层，间隙3360简单介绍了带隙，效率低，2.26eV，接近绿光。边发射发光二极管，红光结构，双异质结，发光层是窄带隙材料，夹在两个大带隙材料之间，边发射发光二极管不太强，大部分光被衬底吸收。(1980年以前)，高亮度可见光发光二极管和四元化合物半导体的制造方法：以n-GaAs为衬底，

3、硅用量少，会出现晶格失配问题；N-ALIP掺杂有铝，带隙增大。发光层为MQW结构，磷铝酸盐(MGII族)和第二族元素掺杂到族元素中形成P型半导体。双面由大带隙材料制成，蓝绿色发光二极管通常使用两种衬底：蓝宝石(有杂质时为蓝色，无杂质时为透明)，其带隙非常大，因此可见光不会被其吸收。制造方法：在外延生长之前，应该使用一种非常重要的技术缓冲层，它通常在大约500度的低温下生长，而不是在1000度以上的高温下生长。这一层的质量不好，但它的功能很重要。生长一层n型氮化镓，然后MQW结构作为发光层，生长一层p型氮化镓，然后连接触点。n型电极不能连接在下面，但必须有两个前触点。为什么？结构特征(电极)在制

4、造过程中有哪些优势？碳化硅衬底是导电的，而不牺牲部分发光区域。有什么问题吗？早期红色和黄色发光二极管，Gap/AlGaInP/GaAs吸收衬底：GaAs，5-10 m薄膜，20-50 m，光到达下面后被金属反弹，VPE(汽相外延)通过汽相外延生长。无吸收的红黄色发光二极管结构被认为是没有窗口层的GaP衬底，它直接将p型接触电极连接到它，引起问题：接触电极非常薄，电流来不及分散，并且它直接向下流动；电流不会分散，而是集中在金属电极下，电流密度会非常高，导致光电转换效率下降(经验：当物理曲线值增加到一定程度时，它会变慢并达到饱和)。原因：可能是热效应或其他饱和效应，这使得光电转换效率开始失效。因此

5、，不希望特定区域的电流密度过高。如果电流不能分散并且过于集中在金属电极区域，大部分发光也会集中在金属电极区域以下。当光线照射到金属接触区域时，会被阻挡，光线无法分散。如何使光线散射？对于窗口层，增加一个非常厚的窗口层，其厚度是发光层的十倍甚至百倍。因为这层很厚，电流有足够的机会分散。散射后的效果：1。每个点的电流密度高亮度蓝色发光二极管、蓝宝石衬底、低温生长的缓冲层(累积晶体质量差)、高质量的n-氮化镓、大带帽材料、夹在它们之间的MQW结构(InGaN是窄带隙区，氮化镓是大带帽区，长度为5-10个周期)和长的大带帽p型层。N-电极将吃掉累积晶体层的一部分区域，直到它到达N-型区域，并在其上形成

6、N-型金属接触。这个结构遇到了一个问题：电流不能分散，我该怎么办？电流集中在p触点下，发射光在p触点下。可以添加窗口层吗？不能添加厚窗口层。原因是：蓝宝石衬底和氮化镓晶格不匹配，在晶体以1000度生长后的冷却过程中外延层开始弯曲。因此，其上积累的晶体层不能生长得太厚。事实上，它的总厚度在5微米以下，蓝宝石的厚度在300-400微米之间。如果累积晶体层的厚度超过10或20um，冷却后，累积晶体层将破裂。因此，不可能生长厚的氮化镓窗口层。要解决这个问题，我们必须想其他办法。在p型触点下面有一层特殊的材料，它可以导电和传输可见光。有两种可能的选择：a、仍然使用金属，只是将金属变薄，但在金属变薄后，将

7、会出现新的问题，其导电性将会迅速下降，其电流扩散能力也将下降。透明导电材料、发光二极管色度图上的高亮度发光二极管(包括红、绿、蓝三色发光二极管)、高亮度发光二极管在颜色坐标图中的标准位置、红、绿、蓝三色发光二极管的光谱分布图：红色发光二极管最大值一半的全宽，即最窄的波长分布；绿色发光二极管半高宽较宽；蓝色发光二极管的最大半宽度在它们之间。因为单一波长的光并不理想，它不会正好落在颜色坐标图的边缘。红光半最大值的全宽很小并且靠近边缘；绿光在525、505和498纳米处向中间倾斜。此外，在设计颜色坐标时，绿光被故意放大，这也是一个原因；蓝光也更接近边缘。626 615 605 590.是p:对应最高

8、强度的波长。发光二极管芯片介绍，1。介绍发光二极管芯片的分类，2。介绍不同结构的发光二极管芯片的性能。具有垂直结构的发光二极管芯片的制造和发光二极管芯片的结构，其具有两种基本结构，水平结构和垂直结构。横向结构发光二极管芯片的两个电极在发光二极管芯片的同一侧，电流在n型和p型限制层中横向流动的距离不相等。垂直结构的发光二极管芯片的两个电极分别位于发光二极管外延层的两侧。由于采用图形化电极和所有p型限制层作为第二电极，电流几乎全部垂直流过发光二极管外延层，横向流过的电流很少，可以改善平面结构的电流分布，提高发光效率，解决p极的遮光问题，增加发光二极管的发光面积。制造垂直结构发光二极管芯片主要有三种

9、方法：第一，利用碳化硅衬底生长氮化镓薄膜，在相同的工作电流条件下，具有光衰减小、寿命长的优点，但缺点是硅衬底会吸收光。其次，通过芯片键合和剥离技术制造。优点是光衰减少，使用寿命长，缺点是必须对发光二极管表面进行处理，以提高发光效率。第三，氮化镓发光二极管外延层采用异质衬底如硅衬底生长，散热好，易于加工。分析了当前主流的发光二极管结构，两种芯片的发光形式，横向发光二极管结构的发光路线，以及纵向芯片的性能介绍，因为目前的芯片主要是纵向和横向的。以CREE芯片为代表的立式产品的主要特点是：高光效：高达161 lmw，节能；低电压：2.93.3V蓝光；低热阻：芯片本身的热阻小于1摄氏度/瓦；高亮度：由

10、于垂直结构，电流垂直流动，电流密度均匀，抗冲击性强；C介绍了水平芯片的性能。水平产品由普瑞芯片代表。该芯片的主要特点是：一般光效率：最高约100 lmw高电压：3.44伏蓝光；高热阻：蓝宝石衬底导热性差。芯片本身的热阻为46摄氏度/瓦；平均亮度：由于水平结构，电流横向移动，电流密度不均匀，局部容易烧坏；为了弥补这个缺陷，伊藤。以减少光发射为代价在芯片的顶面上制作的氧化铟锡。相同尺寸的芯片具有窄的发光表面和低亮度。光利用率低：约65%的光从正面发射，35%的光从侧面发射，光通过反射发射，所以利用率低。唯一的优点是便于集成包装。然而，这也是一个缺点。因为散热没有很好地解决，所以不希望加速集成封装的

11、衰减。制造垂直发光二极管芯片有两种基本方法：1 .剥离生长衬底；第二，生长衬底没有被剥离。在GaAs生长衬底上生长的垂直结构的基于GaP的发光二极管芯片具有两种结构：第一，不剥离导电的GaAs生长衬底：在导电的GaAs生长衬底上层叠导电的DBR反射层，在导电的DBR反射层上生长基于GaP的发光二极管外延层。其次，剥离砷化镓生长衬底：在基于间隙的发光二极管外延层上层叠反射层，键合导电支撑衬底，剥离砷化镓衬底。导电支撑衬底包括砷化镓衬底、磷化镓衬底、硅衬底、金属和合金等。四元DBR材料，MQW发光二极管器件结构图，左图：p型大带隙材料，右图：n型大带隙材料，有源层：窄带隙材料，通常掺杂浓度低，电子

12、和空穴分别从左右两端进入有源层，其扩散长度远大于有源层的厚度(如0.22um)，表明载流子将均匀分布在窄带隙材料中。由于电中性的要求，额外电子和空穴的数量应该相等(n=p)。通常，有源层的掺杂浓度非常低，并且相对而言，注入载流子的数量非常大，因此上述等式成立。量子阱(QW)是指由两种不同的半导体材料交替排列形成的具有明显量子限制效应的电子或空穴势阱。多量子阱结构的优点：1。在MQW结构中，电子和空穴的波函数重叠较多，因此辐射复合效率较高；2.在DH结构中，由窄带隙材料形成的发光区不会生长得太窄，否则会使发光区变小，影响发光效率；它不能生长得太宽，否则它将超过载流子扩散长度，通常为0.5-5 m

13、；如果中间的窄带隙材料和两侧的大带隙材料的晶格不匹配，晶体生长后材料中会出现许多缺陷，这将降低发光效率。利用MQW结构，可以使中间窄带隙层非常薄，晶格失配的影响非常小，并且不会出现缺陷；例如，InGaN仅发射蓝光和绿光，并且两侧的大带隙材料使用氮化镓，但是它们之间的晶格常数失配可以使InGaN生长得非常薄，并且两侧的材料生长得非常厚，因此材料不会松弛或破裂，但是发光强度不够，因此采用MQW结构，其生长了许多层。材料间晶格失配时应考虑MQW结构。3.使用MQW结构，可以有效地增加发射光子的能量。当QW结构形成时，能量将被量子化，这可以有效地提高载流子组合释放的能量。特别是，当带隙需要调整时，通常使用铝来获得期望的颜色，但是添加铝之后，材料将接近或变成间接带隙，并且发光性能将降低。它可以做成MQW结构，带隙可以通过调整MQW宽度来调整。MQW使活性层更薄，并避免内部自吸收。由有源层产生的光子可以在被发射之前在有源层中被重吸收(发光区域是窄带隙材料，而局部层是大带隙材料)，并且将被重新吸收将外部变成圆形可以有效地避免全反