制作LED的外延材料必須滿足哪些要求？

制作LED的外延材料必須滿足以下的一些要求:

①要有足夠?qū)挼慕麕挾菶g。由于LED的PN結(jié)在通過(guò)電流時(shí)發(fā)出的光的波長(zhǎng)入取決于 PN結(jié)材料的禁帶寬度Eg，兩者之間的關(guān)系可以表示為；1=1 240/Eg。為了發(fā)出可見(jiàn)光（波長(zhǎng)的 范圍為380～780nm)，要求半導(dǎo)體材料的禁帶寬度Eg>1.75eV;如要發(fā)出波長(zhǎng)較短的藍(lán)光或 紫外光，LED外延材料的值還要更大一些，應(yīng)大于3eV。一般元素半導(dǎo)體是不能滿足這個(gè) 要求的，這也是普通由鍺或硅半導(dǎo)體制成的PN結(jié)在正向偏置下不能發(fā)光的原因。一般的化 合物半導(dǎo)體都具有比元素半導(dǎo)體更寬的禁帶寬度；同時(shí)，在確定了 LED的發(fā)光波長(zhǎng)后，還可 以通過(guò)調(diào)節(jié)多元半導(dǎo)體材料的組分配比來(lái)控制它的禁帶寬度Eg值，例如對(duì)于鋁銦鎵磷 (AlInGaP)材料，可以通過(guò)選擇合適的AlGa組分配比來(lái)控制它的禁帶寬度，進(jìn)而改變它的 發(fā)光顏色，使它的顏色由黃色變?yōu)樯罴t，得到紅、黃、綠等不同顏色。

鑒于上面提到這些原因，我們?cè)谥谱鱈ED時(shí)，必須選擇化合物半導(dǎo)體做外延材料。

② 能夠制作高電導(dǎo)率的P型、N型半導(dǎo)體晶體，以獲得良好的PN結(jié)。晶體必須有足夠 高的電導(dǎo)率才可以提供高發(fā)光效率所需要的電子-空穴對(duì)，為此，摻雜濃度應(yīng)不低于 lxl017/cm3。為了減小正向串聯(lián)電阻，應(yīng)盡量選用載流子遷移率髙的材料，采用良好的外延 工藝與合適的摻雜材料，以及選擇正確的摻雜濃度和溫度。

③ 能夠生成沒(méi)有晶格缺陷和雜質(zhì)的晶體。晶格缺陷和雜質(zhì)會(huì)形成非發(fā)光復(fù)合中心，從而 降低LED發(fā)光的內(nèi)量子效率和總發(fā)光效率。控制外延晶體的質(zhì)量的因素有很多，如襯底材料、 晶體的外延生長(zhǎng)工藝和方法等。

④ 發(fā)光復(fù)合率要大。由于發(fā)光復(fù)合率直接影響發(fā)光效率，所以目前高亮度LED和超高 亮度LED大都采用具有較大的發(fā)光復(fù)合率的直接躍遷型（或稱直接帶隙型）半導(dǎo)體材料來(lái)制 造，從而得到較高的發(fā)光效率。

根據(jù)以上這些要求，led外延所用的材料大都是Ⅲ-V族化合物半導(dǎo)體，例如砷化鎵 (GaAs)、磷化鎵（GaP)、鎵鋁砷（AlGaAs)、鋁銦鎵磷（AlInGaP)、鋁銦鎵氮（AlInGaN), 其他的還有IV族化合物碳化硅（SiC)及V-VI族化合物硒化砷（AsSe)等。