《半导体光发射二极管的材料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《半导体光发射二极管的材料（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划半导体光发射二极管的材料半导体物理期末课程作业题目：姓名：学号：班级：日期：XXXXXXX成绩：一、1.Theintroductionofsemiconductors2.Chapter1ElectronicStatesinSemiconductors(1).Insulators,SemiconductorsandMetals(2).EnergyBandandElectronicStatesinSemiconductors(3).EffectiveMass(4).IntrinsicSe
2、miconductorsHoles(5).BandStructuresofSiandGe(6).BandStructuresof-CompoundSemiconductors3.Chapter2ImpurityandDefectLevelsinSemiconductors(1).ImpurityLevelsinSiandGe(2).ImpuritylevelsinIIIVcompoundsemiconductors(3).DefectsandDislocationLevels4.Chapter3StatisticsofCarriersinSemiconductor(1).DensityofSt
3、ates(2).SemiconductorStatistics(3).Statisticswhenbothdonorandacceptorimpuritiesexist(4).Degeneratesemiconductors5.Chapter4ConductivityofSemiconductors(1).Driftandmobilityofcarriers(2).Scatteringofcarriers6.Chapter5Non-EquilibriumCarriersinSemiconductors(1).Injectionandrecombinationofnon-equilibriumc
4、arriers(2).Thelifetimeofnon-equilibriumcarriers(3).Quasi-Fermilevels(4).Recombinationinsemiconductors(5).Diffusionofcarriers(6).ThetotaldriftcurrentdensityofcarriersEinsteinrelation7.Chapter6p-nJunctions(1).Theformationofap-njunctionanditsenergyband(2).I-Vcharacteristicsofp-njunctions(3).Capacitance
5、ofp-njunctions(4).Breakdownofp-njunction(5).Tunneldiode(TD)-19578.Chapter7Metal-SemiconductorContact(1).M-Scontactandthebanddiagram(2)RectifyingofM-Scontact9.Light-emittingdiodes(LEDs)10.OrganicOpto-Electronics11.Solarcells一、光发射二极管的发展历史发光二极管简称为LED。由镓与砷、磷的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。发明发光
6、二极管的尼克霍洛尼亚柯，是通用电气公司一名普通的研究人员。1962年，Holonyak(霍洛尼亚柯)用化合物半导体材料磷砷化镓制成世界上第一支发光二极管。众所周知，自美国发明家托马斯爱迪生发明白炽灯至今的100多年来，人们基本仍沿用爱迪生发明的技术生产白炽灯泡。灯泡的中间是一段金属钨丝，当电流通过时，钨丝受热激活灯泡中的气体发出光芒。但是，发光二极管灯泡无论在结构上还是在发光原理上，都与传统的白炽灯有着本质的不同。发光二极管是由数层很薄的搀杂半导体材料制成，一层带过量的电子，另一层因缺乏电子而形成带正电的“空穴”，当有电流通过时，电子和空穴相互结合并释放出能量，从而辐射出光芒。开始时，这种发光
7、二极管只能发红光，由于这种二极管不怎么亮，而且很贵，所以通用电气公司并没有重视。但他认为，发光二极管是一种很有前途的新光源，如果能获得红光，也必将有可能获得其他颜色的光，白炽灯最终将会被它所取代。1963年，他在读者文摘上撰文称，未来照明及显示领域将是发光二极管的天下。后来Monsanto和HP公司就在此基础上改进性能并降低成本,于1968年生产这种GaAs0.60P0.40/GaAs的红色发光二极管,在大约十年时间内,它成为市场上的主导产品。之后连续不断的科研成果使LED的发光效率(lm/W)提高的速度达到每10年提高10倍,30年竟提高了1000多倍,导致今日LED比之通用光源白炽灯甚至卤
8、素灯具有更高的效率。LED性能进展情况示于图1.继GaAsP红色发光器件之后，液相外延生长(LPE)GaPZnO红色LED和GaPN绿色LED，氢化物气相外延以磷化镓为衬底(即透明衬底技术)的GaAs0.35P0.65N/GaP橙红色LED和GaAs0.15P0.85N/GaP黄色LED相继问世。在1985年之前，LED性能通常小于2lm/W，其应用仅限于指示灯。这种应用仅要求LED亮或不亮，显示一种状态而已。用于制造高性能LED的材料、器件和相应的技术示于表1。注：LPE-液相外延，MOCVD-金属有机物化学气相淀积；LP2MOCVD-低压金属有机物化学气相淀积；(TF)MOCVD-双气流金
9、属有机物化学气相淀积。高性能LED的材料、器件和相应的技术由美国HP公司的Craford等人、日本东芝公司和日本NichiaChemical公司的Nakamura博士先后研制成功，之后迅速市场化。日亚和丰田公司相继推出各种颜色记可见光波段的LED之后，生产出荧光粉白光二极管，并进一步提高的LED的发光效率。美国的Cree公司采用SiC衬底生产InGaN获得成功，制成的蓝色和绿色LED性能和效率不断提高。不同LED的性能与波长的关系如图2所示.。图中实心标记为商品发光效率，实验室水平要高得多，以中空标记示出。有了红、黄、蓝三种光“混合”后，就能产生出白光，并不断提高二极管的发光效率。现在已研制出
10、可发白光的发光二极管灯泡，这种灯泡发出的光线与阳光十分接近，具有良好的应用前景。现在LED行业是一个前沿而又活跃的领域。:图3：白光LED二、光发射二极管原理发光二极管一般是由半导体芯片组成，因此是基于半导体材料的发展而发展。半导体材料是导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。在某些情况下，半导体具有导电的性质，如杂质掺入对半导体的性质起着决定性的作用，他们可使半导体的特性多样化，使得PN结形成。而发光二极管正是基于PN结制作出来的。半导体材料的每个原子与相邻的原子联结完好，没有多余的自由电子来传导电流。但经掺杂后，掺入的原子打破了原有平衡，材料内或是产生了自由电子，或是产生了可供电子移动的空穴。
11、无论是自由电子数目的增多还是空穴数目的增多，都会增强材料的导电性。具有多余电子的半导体称为N型材料，因其含有多余的带负电荷的粒子。在N型材料中，自由电子能够从带负电荷的区域移往带正电荷的区域。拥有多余空穴的半导体称为P型材料，因为它在导电效果上相当于含有带正电荷的粒子。电子可以在空穴间转移，从带负电荷的区域移往带正电荷的区域。因此，空穴本身就像是从带正电荷的区域移往带负电荷的区域。一段P型材料同一段N型材料相连，两端连上电极就形成一个PN结或是一个简易二极管。当二极管两端不加电压时，N型材料中的电子会沿着层间的PN结(junction)运动，去填充P型材料中的空穴，并形成一个耗尽区。在耗尽区内
12、，半导体材料回到它原来的绝缘态即所有的空穴都被填充，因而耗尽区内既没有自由电子，也没有供电子移动的空间，电荷则不能流动。图4PN结耗尽层的形成半导体发光二极管基本知识和工艺简介导言自从60年代初期GaAsP红色发光器件小批量出现进而十年后大批量生产以来，发光二极管新材料取得很大进展。最早发展包括用GaAs1-xPx制成的同质结器件，以及GaP掺锌氧对的红色器件，GaAs1-xPx掺氮的红、橙、黄器件，GaP掺氮的黄绿器件等等。到了80年代中期出现了GaAlAs发光二极管，由于GaAlAs材料为直接带材料，且具有高发光效率的双异质结结构，使LED的发展达到一个新的阶段。这些GaAlAs发光材料使
13、LED的发光效率可与白炽灯相媲美，到了1990年，Hewlett-Packard公司和东芝公司分别提出了一种以AlGaIn材料为基础的新型发光二极管。由于AlGaIn在光谱的红到黄绿部分均可得到很高的发光效率，使LED的应用得到大大发展，这些应用包括汽车灯，户外可变信号，高速公路资料信号，户外大屏幕显示以及交通信号灯。近几年来，由于CaN材料制造技术的迅速进步，使蓝、绿、白LED的产业化成为现实，而且由于芯片亮度的不断提高和价格的不断下降，使得蓝、绿、白LED在显示、照明等领域得到越来越广泛的应用。本课程将介绍LED的基本结构、LED主要的电学、光度学和色度学参数，并简单介绍LED制造主要工艺
14、过程。1.发光二极管的基本结构图是普通LED的基本结构图。它是用银浆把管芯装在引线框架上，再用金线把管芯的另一侧连接到支架的另一极，然后用环氧树脂封装成型。组成LED的主要材料包括：管芯、粘合剂、金线、支架和环氧树脂。管芯事实上，管芯是一个由化合物半导体组成的PN结。由不同材料制成的管芯可以发出不同的颜色。即使同一种材料，通过改变掺入杂质的种类或浓度，或者改变材料的组份，也可以得到不同的发光颜色。下表是不同颜色的发光二极管所使用的发光材料。图普通LED基本结构图表不同颜色的发光二极管所使用的发光材料组份和双组份两种，目前使用的银浆大都为单组份银浆，这种银浆必须在低温下保存。粘合剂的性能对制品的
15、可靠性及透光效果有直接影响，因此，必须根据实际情况，选择合适的粘合剂，并注意应在规定的期限内使用。金线金线的作用是把管芯的电极连接到支架上。主要有25m和30m两种规格，一般场合使用25m金线，对于通过电流较大，可靠性要求较高的场合，则使用30m金线。支架支架也即LED的外引线,一般使用基体为铁并镀银的支架，但有时为了提高制品的散热性能，则使用基体为铜的支架，当然，其材料成本也相应增加。环氧树脂LED采用环氧树脂作为封装材料。环氧树脂的性能对LED的光电特性尤其是可靠性有很大影响。它的选择必须充分考虑其可靠性、出光效果、工艺可行性及价格等。目前国内较常用的是台湾产的EP系列环氧树脂，而我公司外加工线则较多使用日本产的502、512、514等树脂。502树脂的流动性较好，但出光效果较差，512树脂的出光效果好，但粘度较高，工艺可行性差，可靠性也较差，514树脂的最大优点是耐热性
