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要有足夠寬的禁帶寬度Eg。由于LED的PN結在通過電流時發出的光的波長入取決于 PN結材料的禁帶寬度Eg，兩者之間的關系可以表示為；1=1 240/Eg。為了發出可見光（波長的 范圍為380～780nm)，要求半導體材料的禁帶寬度Eg>1.75eV;如要發出波長較短的藍光或 紫外光，LED外延材料的值還要更大一些，應大于3eV。一般元素半導體是不能滿足這個 要求的，這也是普通由鍺或硅半導體制成的PN結在正向偏置下不能發光的原因。一般的化 合物半導體都具有比元素半導體更寬的禁帶寬度；同時，在確定了 LED的發光波長后，還可 以通過調節多元半導體材料的組分配比來控制它的禁帶寬度Eg值，例如對于鋁銦鎵磷 (AlInGaP)材料，可以通過選擇合適的AlGa組分配比來控制它的禁帶寬度，進而改變它的 發光顏色，使它的顏色由黃色變為深紅，得到紅、黃、綠等不同顏色。

鑒于上面提到這些原因，我們在制作LED時，必須選擇化合物半導體做外延材料。

② 能夠制作高電導率的P型、N型半導體晶體，以獲得良好的PN結。晶體必須有足夠 高的電導率才可以提供高發光效率所需要的電子-空穴對，為此，摻雜濃度應不低于 lxl017/cm3。為了減小正向串聯電阻，應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 能夠生成沒有晶格缺陷和雜質的晶體。晶格缺陷和雜質會形成非發光復合中心，從而 降低LED發光的內量子效率和總發光效率。控制外延晶體的質量的因素有很多，如襯底材料、 晶體的外延生長工藝和方法等。

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

根據以上這些要求，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。