LED基础知识及外延工艺.ppt

LED基础知识及外延工艺 LED，全称Light Emitting Diode，中文名为发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态半导体器件。其核心结构是通过元素Ⅲ-Ⅳ族化合物材料形成的p-n结。当在LED两端施加正向电压时，p型半导体的空穴与n型半导体的电子会在p-n结处复合，释放出能量，以光的形式发射出去。 发光原理： 在LED中，电子从n型半导体的导带跃迁到p型半导体的价带，释放的能量以光子的形式发出。光的颜色取决于半导体材料的禁带宽度（Eg）。禁带宽度越大，发出的光子能量越高，对应的光波长越短，颜色偏向蓝色；禁带宽度越小，光子能量越低，波长越长，颜色偏红色。为了制造可见光（380nm-780nm），需要选择禁带宽度在相应范围内的半导体材料。 半导体材料： 常见的半导体材料包括单质半导体如硅（Si）、锗（Ge）以及化合物半导体如氮化镓（GaN）、砷化镓（GaAs）、磷化镓（GaP）、氧化锌（ZnO）和碳化硅（SiC）。其中，GaN因其宽禁带（约3.4eV）和直接带隙特性，常用于蓝光LED和紫外LED的制造。 外延工艺： 外延技术是半导体制造中的关键步骤，指的是在已有的单晶衬底上生长出具有特定晶体取向的薄膜。这一过程对外延层的晶体质量和器件性能至关重要。常见的外延技术有： 1. 液相外延（LPE）：生长速度快，但晶体控制精度较低。 2. 金属有机化学气相沉积（MOCVD）：可以精确控制晶体生长，适用于大规模生产，是目前LED制造的主流技术。 3. 氢化物气相外延（HVPE）：生长速度快，但晶格质量相对较低，适用于某些特定场景。 4. 分子束外延（MBE）：提供超高质量的晶体，但生长速度慢，成本高，主要用于研发。 外延技术的应用对提高半导体器件性能、开发新材料和新器件具有重大意义，自1959年应用于半导体领域以来，已经成为推动半导体科学和技术发展的重要工具。 总结： LED的发光基于半导体的p-n结效应，其颜色和效率受半导体材料的禁带宽度影响。外延技术则是优化半导体器件性能的关键，通过不同的外延方法，可以控制和提升LED的光学特性和稳定性。随着科技的进步，外延技术在LED产业中发挥着至关重要的作用，不断推动着照明技术的创新和发展。