发光二极管(LED)精要.ppt

1 第3章发光二极管( LED ) LED 的材料 3. LED 工作原理 LED 结构 6. LED 性能的影响因素 7. LED 的输出功率和调制带宽 LED 稳定性的因素 2 史上第一只 LED 1962 年美国通用电气实验室的 Holonyak N博士研制 GaAsP 红色 LED ?氮气保护的玻璃封装?亮度不够(发光效率< lm/W) ?不便于安装使用,而且很贵 3 LED 的发展 1962 年 1970 年 1983 年 1991 年 1998 年 4蓝光 LED 芯片 56 I. 引言 LED 是通过自发辐射过程发光的器件,与通过受激辐射发光的半导体激光器相比,其不同之处在于: ?结构简单; ?价格低廉; ?可靠性高。但其不足之处在于: ?响应速度低; ?输出功率小; ?输出频谱宽。 7 在正向外加偏置下,少数载流子注入 P-N 结(注入) LED 的主要应用场合: ?信息显示?光源(通信、照明等) 1. LED 器件内部的主要光电过程: ( LED 功能是将输入的电能转换为光能输出) 注入的少数载流子与半导体材料中的多数载流子复合(复合) ?光子辐射(发光) ?8 改进的 LED : ?高输出功率?高响应速度?高耦合效率第一代 LED : GaAlAs -LED , s Mbits V km dmm / 50 ,4, 85 .0~ ?????第二代 LED : InGaAsP -LED , s/ Mbits 10 10 ~V, km 10 10 ~d, 32m 21????? LED 的划代: 9 II. LED 的材料选择原则发光器件的材料选择,首先要考虑的是器件的发光效率。电子-空穴对的复合过程有两种: ?辐射复合: 产生光子; ?非辐射复合: 不产生光子,能量以其他形式散失。在LED 的发光过程中,两种辐射机理同时存在,要提高器件的发光效率,必须尽量使非辐射复合所占比重更小。间接带隙材料内部的复合过程大多属于非辐射复合,例如俄歇过程。因而半导体光源的材料绝大多数都是直接带隙材料,间接带隙材料无法用于制作光源。例如 Si和Ge都不能用于制作半导体光源。 10 光源的特点和用途?发射光子能量接近于材料带隙; ?可见光区域的光子能量范围: - ; ?长途通信用光源的光波长在光纤中的损耗要低: ?局域网通信所用光源成本要低:例如 GaAs 光源( ) 与光电检测器的制作过程类似, LED 也需要利用外延生长技术生成外延层,在外延层上制作发光区,材料的选择必然受到晶格匹配的限制。常用材料为 GaAs 系列和 InP 系列材料,这两类容易满足晶格匹配条件,且材料制作工艺成熟。