資源描述：
《高亮紅綠光四元LED》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在教育資源-天天文庫。
1、AlGaInP-LEDsLED(發(fā)光二極管)、PD(二極管探測器)最基本的結構相同，都是由PN結組成，為提高器件性能，二者往往都會引入雙異質結構及有源層，形成PIN型結構，LED電注入載流子的自發(fā)輻射復合以及二極管探測器光生載流子的產生都在有源層內進行，P及N層材料起到窗口作用，有源層與異質材料層形成的勢壘又起到對載流子的束縛作用，有利于載流子的輻射復合(對于LED)以及光生載流子的收集與信號輸出(對于PD)。但是，二極管探測器屬于零偏壓或反向偏壓、小信號工作器件，器件結構相對簡單，而LED，特別是高亮度LED，屬于高注入大電流工作器件，因此LED對
2、于低阻電極接觸以及電極形狀的設計要求更高，有時需要引入一些特殊的接觸層，如currentspreadinglayer及currentblockinglayer。另外，對于高亮度LED，光的輸出是影響其發(fā)光效率的最重要因素之一，需要采用一些特殊結構以提高其光輸出效率，如高反射DBRs層(減少襯底的吸收)、透明襯底、共振腔結構、輸出面加工等等，使得LED的結構更加復雜，因此，LED器件的結構設計是一件極富挑戰(zhàn)性但很有意義的工作。目前，在560nm(黃綠光)~650nm(紅光)波段，(AlxGa1-x)yIn1-yP體系材料是唯一一種技術上可行的直接禁帶半
3、導體材料，因此在該波段內可望獲得較高的內部效率，很適用于發(fā)光器件的制備。AlGaInP屬于閃鋅礦結構，其能帶包括單一的導帶(最低點在Γ-點，另外兩個谷值在X-，L-點)，以及三個價帶，價帶的Γ-點具有簡并的重空穴帶和輕空穴帶。在Al組分較低時，材料屬于直接禁帶半導體，隨著Al組分的增加，X-點逐漸成為導帶最低點，材料變?yōu)殚g接禁帶半導體。室溫下，禁帶寬度隨組分的變化可由下式表示：(1)(2)由上式可知，在Al組分為0.58時，X-點成為導帶最低點，材料變?yōu)殚g接禁帶半導體材料，此時對應材料禁帶寬度2.25eV，波長550nm。導帶谷值的變化，使得導帶電子
4、發(fā)生由Γ-谷向X-谷的轉移，導致器件自發(fā)輻射復合效率的急劇下降，發(fā)光效率相應降低，這也限定了AlGaInPLED的波長范圍。1．AlGaInPLED的內部電光效率器件的內部電光效率由器件輻射復合與損耗過程確定，一般來說，損耗包括非輻射復合及漏電。自發(fā)輻射復合涉及電子和空穴，可表示為：(3)B為輻射復合常數(shù)。非輻射復合過程可由Shockley-Read-Hall表示：(4)τe、τh分別為電子和空穴的俘獲壽命。在低摻雜濃度下，電子空穴數(shù)目基本相當，n≈p，由(3)(4)式可知，Rsp隨載流子注入數(shù)目的平方變化，而RSRH與載流子數(shù)成線性關系。在低注入條
5、件下，即通過器件的電流較小的情況下，非輻射復合占優(yōu)勢，器件光功率與工作電流的平方成正比；在高注入條件下，輻射復合占優(yōu)勢，器件光功率與工作電流成線性關系。Al組分較低時(發(fā)光波長<600nm)，漏電損耗會大于非輻射復合，隨著Al組分的增加，電子由Γ-谷轉移到X-谷，產生一個額外的非輻射復合通道，輻射復合效率會急劇下降至零點，即在AlGaInP-LED發(fā)紅光時，器件的內部量子效率是由非輻射復合過程決定的，這個與器件材料的質量有很大的關系。2.光的輸出高亮度AlGaInP-LED面臨的最重要的問題是光由有源層的輸出。所有AlGaInP-GaAs體系半導體材
6、料的折射率均在n2≈3~3.5之間，如果LED的輸出界面為平面，光直接由LED內部輸出至空氣中，根據(jù)臨界角公式，θc介于16.6o~19.5o之間，這樣只有極少部分的光會輸出。影響光輸出的因素還有幾個，(1)襯底的吸收，對于GaAs襯底的AlGaInP-LED來說，襯底對于該波段的光不是透明的，這樣只有從LED頂部逃逸錐(escapecone)內發(fā)出的光會輸出體外而對輸出效率有貢獻，為減小襯底吸收，一般會在AlGaInP-LED襯底上中引入AlGaAs/AlAs體系的DBRs反射鏡，并通過控制AlGaAs/AlAs的對數(shù)達到控制反射率的目的；(2)電
7、極遮蓋，LED的上電極會阻擋一部分光的輸出，因此對于電極形狀的優(yōu)化設計非常重要，目前透明電極也開始引入LED器件的制備中；(3)上電極周邊的currentcrowing現(xiàn)象，這會引起器件局部電流密度過大，影響器件的發(fā)光效率，為克服電極的遮蓋及currentcrowing，有時會在有源層上部生長一層透明窗口材料，這樣可以增大光由側面的輸出，也可以在一定程度上提高currentspreading，或者引入currentspreadinglayer及currentblockinglayer，如圖所示。另外一個需要考慮的問題是，逃逸錐外的光會被DBRs反射而
8、被有源層重新吸收后再次輻射，進入逃逸錐而輸出，稱為光子回收效應(photon-recyclingeffect
