1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。ALGaInP 發(fā)光二極管-第五章AlGaInP發(fā)光二極管導(dǎo)言自從60年代初期GaAsP紅色發(fā)光器件小批量出現(xiàn)進而十年后大批量生產(chǎn)以來，發(fā)光二極管新材料取得很大進展。最早發(fā)展包括用GaAs1-xPx制成的同質(zhì)結(jié)器件，以及GaP摻鋅氧對的紅色器件，GaAs1-xPx摻氮的紅、橙、黃器件，GaP摻氮的黃綠器件等等。到了80年代中期出現(xiàn)了GaAlAs發(fā)光二極管，由于GaAlAs材料為直接帶材料，且具有高發(fā)光效率的雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，使LED的發(fā)展達到一個新的階段。這些GaAlAs發(fā)光材料使LED的發(fā)光效率可與白熾燈

2、相媲美，到了1990年，Hewlett-Packard公司和東芝公司分別提出了一種以AlGaIn材料為基礎(chǔ)的新型發(fā)光二極管。由于AlGaIn在光譜的紅到黃綠部分均可得到很高的發(fā)光效率，使LED的應(yīng)用得到大大發(fā)展，這些應(yīng)用包括汽車燈（如尾燈和轉(zhuǎn)彎燈等），戶外可變信號，高速公路資料信號，戶外大屏幕顯示以及交通信號燈。簡單的同質(zhì)結(jié)器件是利用氫氣相外延生長GaAsP層，或利用液相外延生長GaP層，通過摻入雜質(zhì)如Zn、Te產(chǎn)生pn結(jié),對于GaAsP器件，由于在GaAs和GaP襯底上生長外延層存在外延層和襯底間晶格不匹配的問題，用這種材料做成異質(zhì)結(jié)器件不大可能。而GaAlAs和AlGaIn可長成晶格匹配的

3、異質(zhì)結(jié)器件（在GaAs襯底上生長）。這兩種材料是直接帶半導(dǎo)體材料，其合金范圍較大，通過改變鋁合金組份，可以長成合適的晶格匹配層。圖（1）給出用不同材料制成的同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)LED外延結(jié)構(gòu)圖。圖1.使用不同材料的各種發(fā)光二極管(LED)例子:(a)典型的GaAsP器件;(b)單異質(zhì)結(jié)GaAlAs器件;(c)GaAlAs吸收襯底(AS)雙異質(zhì)結(jié)(DH)LED;(d)GaAlAs透明襯底DHLED;(e)吸收襯底ALGaInPDHLED。由于含鋁氣體對于石英容器具有腐蝕性，普通的氣相外延不能夠生長含鋁合金。對于AlGaAs材料，通常采用液相外延技術(shù)，特別對于發(fā)紅光的器件，在液相外延過程利用在Ga溶液中

4、發(fā)生的消氧效應(yīng)，可以制成內(nèi)量子效率達到50%，波長約650nm的發(fā)光二極管。對于AlGaInP發(fā)光二極管，由于在溶液中鋁分離，液相外延方法不是一種合適的方法，對于(AlxGa1-x)0.5In0.5P(晶格和GaAs襯底匹配)以及摻鋁較少的AlGaAs紅外發(fā)射器件，使用金屬有機化合物氣相外延技術(shù)（OMVPE）。也可以利用分子束外延生成優(yōu)質(zhì)的AlGaInP材料和器件，尤其是激光二極管。然而，就制造OMVPEAlGaInP發(fā)光二極管和激光二極管而言，OMVPE是起主導(dǎo)地位的晶體生長技術(shù)。OMVPE生長使迄今為止發(fā)光效率最高的AlGaInP發(fā)光二極管實現(xiàn)了批量生產(chǎn)（對于AlGaInGpOMVPE生長

5、的完整討論見第四章），這主要是因為OMVPE工藝改進了材料質(zhì)量，提高了生長速度且其價格為客戶所能接受，事實上，當(dāng)前用OMVPE生產(chǎn)AlGaInPLED標(biāo)志著這種生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)真正使用于光電子器件的批量生產(chǎn)。OMVPE是一個高度可控的薄膜生長過程，生長層的組份，摻雜水平和厚度可以分別控制從而產(chǎn)生一個復(fù)雜的異質(zhì)結(jié)器件。過程的靈活性使得可以長成阻礙電流流過器件某一區(qū)域的阻擋層和分布型布拉格反射器（這種反射器光從吸收襯底出來后返回芯片頂部）。為了增加光的輸出和電流的傳播，可將如氣相外延等補償技術(shù)與OMVPE相結(jié)合以產(chǎn)生厚的窗口層，還可以利用化合物半導(dǎo)體晶片鍵合技術(shù)用一個透明的GaP襯底取代原先不透明的G

6、aAs襯底從而完全消除襯底的吸收。這些改進正在被用于AlGaInP發(fā)光二極管的制造從而獲得盡可能高的發(fā)光效率。本章重點介紹優(yōu)質(zhì)AlGaInPLED器件的發(fā)展和制造，描述AlGaInPLED激活層的設(shè)計，AlGaInP合金材料的性質(zhì)。其次討論為了提高光輸出LED結(jié)構(gòu)的特殊部分，包括電流擴散層，電流阻擋層和窗口層。然后描述可提高性能的光輸出技術(shù)如布拉格反射器，透明襯底的晶片鍵合等技術(shù)，接著簡單介紹AlGaInPLED晶片的制造過程，討論AlGaInP器件的性能，包括效率，顏色，電性能及可靠性等。最后論證AlGaInPLED器件的市場和前景。激活層設(shè)計相對于其他-半導(dǎo)體材料(除了以氮為基礎(chǔ)外)，Al

7、GaInP合金具有最大的直接帶隙，相應(yīng)有從紅到綠的發(fā)射光譜，這使得它成為制造激光器和直接帶隙LED最具吸引力的材料。由于這些直接帶隙發(fā)射器的效率，存在大大超過多數(shù)普通間接帶隙發(fā)射器（如GaAsP，摻氮的GaAsP（GaAsP：N），GaP，摻氮的GaP（GaP：N）的可能，從而促進了對AlGaInPLED的研究。最早用這種材料制成的光發(fā)射器是由塊狀和異質(zhì)結(jié)InGaP組成的，在AlxGa1-xAs中Ga代替Al的能力導(dǎo)致具有較大帶隙四元合金（AlxGa1-x）yIn1-yP的出現(xiàn)且可以形成晶格匹配的異質(zhì)結(jié)，因為AlP和GaP有幾乎相同的晶格常數(shù)（分別為5.4510A和5.4512A），可以很容易

8、的通過調(diào)整四元合金中(In)的克分子含量來實現(xiàn)晶格匹配。事實上，和每種-半導(dǎo)體發(fā)光化合物一樣，AlGaInPLED為了獲得高的發(fā)光效率，必須有低的晶體缺陷密度。GaAs是唯一可和（AlxGa1-x）yIn1-yP實現(xiàn)晶格匹配的二元化合物半導(dǎo)體襯底（晶格常數(shù)為5.6533A）,晶格匹配發(fā)生在Y0.5以上的整個組分范圍。此外，（AlxGa1-x）0.5In1-0.5P合金和GaAs的熱膨脹系數(shù)非常接近，這使得熱循環(huán)（從室溫到800以下的生長溫度）過程不會產(chǎn)生有害的晶體缺陷。許多人試圖由塊狀材料或在晶格不匹配的襯底上制成InGaPLED。已經(jīng)在GaP，GaAs和GaAsP假襯底上制成晶格不匹配的同質(zhì)

9、結(jié)InGaPLED。此外，已經(jīng)在GaAs0.7P0.3假襯底上制成晶格不匹配的（AlxGa1-x）0.65In0.35PLED。盡管利用了各種各樣的晶體生長技術(shù)，材料組份和器件設(shè)計，但是，和在GaAs上生長晶格匹配的（AlxGa1-x）0.5In0.5P相比，由于這些器件包含了很多晶體位錯和缺陷，實際上限制了其性能。迄今為止所報道效率最高的非晶格匹配器件是在透明的GaP襯底上用氣相外延方法生長的InGaP同質(zhì)結(jié)LED，在590nm處，其最高效率可達到10lm/A（外量子效率0.9%）。雖然這些器件的效率是商業(yè)化GaAsP：NGaPLED的34倍，但是，和晶格匹配最好的（AlxGa1-x）0.5

10、In0.5P器件比較仍差一個等級。能帶結(jié)構(gòu)帶隙能量（AlxGa1-x）0.5In0.5P合金和GaAs晶格匹配導(dǎo)致最優(yōu)質(zhì)晶體的出現(xiàn)，因而得到效率最高的LED材料。為了得到最佳的LED結(jié)構(gòu)設(shè)計，必須了解（AlxGa1-x）0.5In0.5P合金的能帶結(jié)構(gòu)知識。已經(jīng)在（AlxGa1-x）0.5In0.5P合金中觀察到合金組份和帶隙能量之間關(guān)系的特殊行為（達到190mV的時候這種行為減少）。這種現(xiàn)象被解釋為在族襯底上In和Ga（或Al）原子的排列導(dǎo)致沿111晶面出現(xiàn)一個單層（InP）GaP（或InPAlP）超點陣。在AlGaInP中原子的排列在第四章中詳細討論。因為初期AlGaInPLED是在短波范

11、圍應(yīng)用，無序合金被認為是高能帶隙的結(jié)果。對于相同的波長，無序合金的含鋁量比有序合金低，通常認為較低的鋁含量具有較少的非輻射復(fù)合中心，因而有利于長成優(yōu)質(zhì)材料。此外，已經(jīng)證明無序AlGaInP合金的光致發(fā)光光譜寬度較有序合金窄。因此，優(yōu)質(zhì)的AlGaInPLED通常是用無序材料制造的。無序合金通常是在無確定晶向的襯底上生長，改變外延生長條件或兩種方法同時使用而得到，本章余下部分集中討論由無序合金制造的AlGaInPLED器件。對于無序的（AlxGa1-x）0.5In0.5P合金，300K時能隙與合金組份的關(guān)系如圖2所示。這些關(guān)系是在靜壓條件下對（AlxGa1-x）0.5In0.5P晶體進行低溫（2K

12、）測量得到的?？紤]到300K時帶隙的變化，帶的數(shù)據(jù)約減少70meV，因此，直接（）帶隙隨組分的變化由下式給出：E（x）=1.91+0.61x(eV)(1)同樣，間接（X）帶隙減少70meV，結(jié)果，300K時帶隙和組分之間的關(guān)系由下式給出：Ex（x）=2.91+0.085x(eV)(2)圖2.由低溫（2K）壓力測量得到的無序（AlxGa1-x）0.5In0.5P合金室溫(300K)時帶隙能量及相應(yīng)的帶和X帶發(fā)射波長與合金組份的關(guān)系。室溫時，直接-間接交點出現(xiàn)在合金組份X=0.53時,對應(yīng)的發(fā)射波長為555nm。圖2的能隙關(guān)系表明（AlxGa1-x）0.5In0.5P合金由550nm到650nm是

13、直接帶，此外，這些關(guān)系表明和X能隙隨組分的變化是線性的。這和迄今為止報道的實驗數(shù)據(jù)是相一致的。這種現(xiàn)象被認為是因為AlP和GaP具有類似的晶格常數(shù)，化學(xué)無序的影響較小。這種線性變化形成了這種合金的各種要素。不同研究者測量得到的E關(guān)系式是一致的。Ex關(guān)系在合金組份x=0.53時，在2.23eV(550nm)處出現(xiàn)-X交叉點，這一300K交叉組份和高壓帶隙得到的數(shù)據(jù)x=0.58以及光譜學(xué)測量得到的數(shù)據(jù)x=0.500.02是接近的。此外，交叉波長555nm與用（AlxGa1-x）0.5In0.5P合金材料制造的最短波長的LED相一致。同樣地，在（AlxGa1-x）0.5In0.5P合金觀察到77K時

14、，最短發(fā)射波長出現(xiàn)在激活區(qū)組份x0.56處。因此，大量數(shù)據(jù)表明：交叉點出現(xiàn)在合金組份范圍x=0.5到0.6處，這個結(jié)果和等式（1）和（2）相一致。等式（2）Ex關(guān)系式和以前其他工作者求得的結(jié)果以及對AlP，GaP，InP應(yīng)用Vegard定律得到的結(jié)果有很大不同。這些數(shù)據(jù)結(jié)合等式（1）E關(guān)系式表明當(dāng)x=0.7時，-X交叉能量為2.3V，這意味著在等式（2）中，x導(dǎo)帶減少，能隙較低，交叉能量相應(yīng)減少70meV。這個2.23V的間接交叉能量限制了可見光譜在深綠部份的發(fā)射效率。結(jié)果當(dāng)合金組分由黃（590nm）轉(zhuǎn)為黃綠時，LED的效率大大降低，這和第部分第1節(jié)所討論是一樣的。此外，X最小值處能隙能量較低

15、增加了獲得充足的束縛電子的困難(見第部分第2節(jié))。理論上已經(jīng)求得300K時，Ga0.5In0.5P合金L最小值位置在最小值以上100200meV處。進一步的理論研究估計在x=0.52時，L帶在帶上方40meV處。未有試驗可以證明在（AlxGa1-x）0.5In0.5P中L最小值位置的存在。靜高壓測量表明在整個合金范圍，位于能隙上方的L最小值，與x=0時比較，至少有120meV的偏差。b.載流子有效質(zhì)量載流子有效質(zhì)量在LED設(shè)計中是很重要的，因為它們決定了能級密度，因此決定了異質(zhì)結(jié)LED激活層和束縛層中載流子在直接帶和間接帶中的分布。當(dāng)直接間接躍遷趨于接近時，在求輻射效率，載流子注入效率和器件中

16、的載流子束縛時，這些值變得特別重要。在帶中能級密度電子有效質(zhì)量和合金組分之間的關(guān)系由下式給出：me(x)=(0.11+0.00915x-0.0024x2)m0(3)目前沒有（AlxGa1-x）0.5In0.5P，InP，或AlP在X帶中電子有效質(zhì)量的資料。然而，X帶有效質(zhì)量和陽離子種類無關(guān)，這樣，可以通過GaP中X帶能級密度電子有效質(zhì)量近似求得：mex(x)=mex(GaP)=0.82m0(4)重空穴和輕空穴有效質(zhì)量可由下式給出：mhh(x)=(0.62+0.05x)m0(5)mlh(x)=(0.11+0.03x)m0(6)根據(jù)這些值，可由關(guān)系式mh(x)=mhh(x)3/2+mlh(x)3/

17、23/2求得有效空穴質(zhì)量。注意在（AlxGa1-x）0.5In0.5P系統(tǒng)中有效束縛能級載流子質(zhì)量比在AlxGa1-xAs系統(tǒng)要高得多，這些參數(shù)對于LED器件的設(shè)計有許多影響。在異質(zhì)結(jié)器件中，直接能帶和間接能帶能級密度和載流子注入和束縛一樣重要。C.能帶偏移異質(zhì)結(jié)能帶偏移知識對于光電器件結(jié)構(gòu)的恰當(dāng)設(shè)計是很重要的，已用不同技術(shù)在（AlxGa1-x）0.5In0.5P中測到能帶的偏移，這些技術(shù)包括低溫PL分析，吸收測量，電容電壓曲線，靜高壓測量和內(nèi)部光發(fā)射?？梢酝ㄟ^測量導(dǎo)帶和價帶的偏移求得能帶的偏移，然后用能隙關(guān)系知識求得其他帶的偏移。圖3畫出從許多研究人員處得到的導(dǎo)帶偏移（EC）和價帶偏移（Ev

18、）,其中已由能隙關(guān)系式即等式（1）和等式（2）對數(shù)據(jù)做了調(diào)整。導(dǎo)帶偏移表達式由下式給出：EC（x）=0.369x(eV)x0.53(7)EC（x）=0.285-0.157x(eV)x0.53(8)價帶偏移由下式給出:Ev（x）=0.241x(eV)(9)雖然這些數(shù)據(jù)較為分散,但是,圖3表明合金組份x=0.50.7時,最大導(dǎo)帶偏移0.2eV。當(dāng)鋁的克分子數(shù)較大時，由于帶和X帶出現(xiàn)交叉，導(dǎo)帶偏移減少。最大價帶偏移0.24eV，發(fā)生在合金組分x=1.0時。此外，已經(jīng)測量到，Ga0.5In0.5P相對于GaAs的導(dǎo)帶偏移為0.200.25eV。圖3.無序（AlxGa1-x）0.5In0.5P相對于Ga

19、0.5In0.5P導(dǎo)帶和價帶能量偏移與合金組份的關(guān)系。導(dǎo)帶最大偏移（Ec）近似為0.2eV,出現(xiàn)在X=0.50.7時,價帶最大偏移（Ev）出現(xiàn)在Al0.5In0.5P處,近似為0.24eV。雙異質(zhì)結(jié)器件幾十年前就已經(jīng)知道利用異質(zhì)結(jié)可以改進發(fā)光二極管的性能。因為異質(zhì)結(jié)LED提供了以下固有的優(yōu)點:提高了電子和空穴的注入效率,把注入載流子束縛在激活層,透明窗口和襯底層的形成改進了電流的擴展和光的輸出。以AlGaAs為基礎(chǔ)的器件首次成為使用異質(zhì)結(jié)的實用器件從而改進了載流子的束縛和提高了注入效率。最初的器件是由單異質(zhì)結(jié)（SH）激活區(qū)組成。然而，已經(jīng)證明使用雙異質(zhì)結(jié)（DH）可以得到最大的好處。迄今為止效率

20、最高的紅色AlGaAsLED就是使用DH激活區(qū)制造的，在300K時，其外量子效率可達到18%。擴大AlGaAsDH發(fā)光二極管以及（AlxGa1-x）0.5In0.5P發(fā)光二極管的知識首先要研究DH激活區(qū)。一個典型的（AlxGa1-x）0.5In0.5PDH發(fā)光二極管激活區(qū)的能帶圖如圖4所示。這種器件由Al0.5In0.5P或（Al0.7Ga0.3）0.5In0.5P寬帶隙NP型注入束縛區(qū)(0.5-1.0m厚)以及一個（AlxGa1-x）0.5In0.5P窄帶隙激活區(qū)(0.31.0m)組成。激活區(qū)組份X在發(fā)射光譜的650nm紅（x=0）到555nm綠（x0.53）之間變化。通常使注入束縛層帶隙盡

21、可能大以使注入效率達到最大并使載流子束縛在器件內(nèi)。然而，在Al0.5In0.5P中得到高的P型摻雜和合理的傳導(dǎo)率存在困難。因此，在許多LED結(jié)構(gòu)中使用（Al0.7Ga0.3）0.5In0.5P束縛層。選擇寬帶隙束縛層的摻雜使LED中載流子的注入效率和束縛以及電流的擴展最大。摻雜必須足夠的高以使這些層的電阻達到最小。然而，必須注意把在激活層附近摻雜引進的非輻射復(fù)合中心的影響減少到最小。據(jù)報道，對于（AlxGa1-x）0.5In0.5PLED束縛層（x=0.7或1.0）的最佳摻雜，N型層為1101651018cm-3，P型層為4101721018cm-3，Te和Si已經(jīng)成功被用作（AlxGa1-x

22、）0.5In0.5P的n型摻雜材料而典型的p型摻雜材料是Mg和Zn。很多工作者把AlxGa1-x）0.5In0.5P激活層描述為無意摻雜。然而據(jù)報道，激活區(qū)的最佳摻雜水平是輕摻雜n-或p-(11017cm-3）。因此，DH活動區(qū)的摻雜可以是Np-P或N-n-P，或Nnp-P，而在最后一種情況，p-n結(jié)位于激活區(qū)的內(nèi)部。雙異質(zhì)結(jié)AlGaInP發(fā)光二極管圖4.典型的雙異質(zhì)結(jié)(AlxGa1-x)0.5In0.5P發(fā)光二極管能帶結(jié)構(gòu)示意圖。a.少數(shù)載流子注入（AlxGa1-x）0.5In0.5P發(fā)光二極管通常工作在比較低的電流密度（150A/cm2）下，因而注入載流子密度(11017cm-3）較低。非

23、同類異質(zhì)結(jié)（即：N-p或n-P）增強了注入到較窄帶隙材料的少數(shù)載流子，因而增加了異質(zhì)結(jié)構(gòu)LED發(fā)光效率，對一個理想的N-p異質(zhì)結(jié)，其中N層為寬帶隙注入層，P層為窄帶隙激活層的情形，電子/空穴注入比下式給出：式中Je.h是注入電子和空穴密度；De.h，Le.h，Ne.h分別是少子擴散系數(shù)，少子擴散長度和摻雜密度；me,mh分別為寬帶隙N-束縛層和窄帶隙P激活層電子（空穴）有效質(zhì)量。能隙差（Eg）由束縛層和激活層帶隙能量之差給出：Eg=Eg（束縛層）Eg（活動層）（11）對于DH器件，激活層的厚度通常小于少數(shù)載流子在激活層的擴散長度，在這種情況下，等式（6）中激活層的厚度用激活層少數(shù)載流子擴散長度

24、代替。同樣可得到由一個寬帶隙P-注入層和一個窄帶隙n激活層組成的P-n異質(zhì)結(jié)空穴/電子注入比表達式。在這種情況下，空穴/電子注入比由下式給出：空穴/電子注入比也受含有能隙差等式（11）的指數(shù)項支配，等式（10）和等式（12）假定異質(zhì)結(jié)是理想的，忽略了在異質(zhì)結(jié)界面處的界面復(fù)合以及導(dǎo)帶和價帶偏移尖峰（Ec,Ev）的影響。這些等式表明：能隙差對于注入比起著極其重要的作用，為了得到最佳注入效率，應(yīng)使能隙差達到最大。紅色（630nm）和紅-橙（615nm）（AlxGa1-x）0.5In0.5PLED的激活層和束縛-注入層（x=1.0或x=0.7）之間有一個足夠大的能隙差（Eg0.2V）,從而保證一個理想

25、的N-p(P-n)異質(zhì)結(jié)所必須的電子（空穴）單邊注入。表1給出N-p型和(P-n)型（AlxGa1-x）0.5In0.5P異質(zhì)結(jié)LED在590和570nm時電子和空穴的注入效率。此處，激活層和x=1.0或x=0.7注入層之間的能級差小于0.2ev。因此，電子和空穴的注入效率分別被定義為Je/(Je+Jh),Jh/(Je+Jh)。在（AlxGa1-x）0.5In0.5P應(yīng)用中要對典型使用的N-p和P-n異質(zhì)結(jié)的載流子注入效率進行計算，計算時因為無法得到關(guān)于少數(shù)載流子和多數(shù)載流子遷移率的數(shù)據(jù)，所以假定DH器件具有1m厚的激活層。同樣地，假定電子和空穴的少子擴散長度分別為4和1，考慮到這些不定因素的

26、存在，表1計算值只給出1位有效數(shù)字。計算值表明：對于短波長（570nm）黃綠LED，在一個x=1.0和x=0.7寬帶隙注入層的N-p異質(zhì)結(jié)中，可以實現(xiàn)電子的單邊注入（注入效率=1）。在（AlxGa1-x）0.5In0.5P系統(tǒng)中，空穴的遷移率比電子低550倍，因此，在一個P-n異質(zhì)結(jié)中，觀察到較低的空穴注入效率。在較短波區(qū)，P-n異質(zhì)結(jié)的空穴注入效率可以通過利用較寬帶隙（x=1.0）的注入層得到改善（這種注入層與x=0.7的注入層比較，增加了一個約25mev的能隙差）。對于這些器件，為了得到最高的空穴注入效率，必須實現(xiàn)材料和結(jié)參數(shù)（例如：遷移率，少子擴散長度和摻雜）的最佳化。注意前面的計算和討

27、論都是對理想異質(zhì)結(jié)而言，其他因素如界面復(fù)合，帶的不連續(xù)偏移以及在空間電荷區(qū)載流子的復(fù)合和產(chǎn)生都可能影響或支配決定器件設(shè)計和材料質(zhì)量的性能。表1（AlxGa1-x）0.5In0.5P異質(zhì)結(jié)載流子注入效率的計算（AlxGa1-x）0.5In0.5P激活層Al0.5In0.5P注入層（Al0.7Ga0.3）0.5In0.5P注入層發(fā)射波長（nm）N-p電子注入效率P-n空穴注入效率N-p電子注入效率P-n空穴注入效率590111157010.810.6b.載流子復(fù)合在一個DH器件中，少數(shù)載流子在p-n結(jié)或異質(zhì)結(jié)注入后，可能在LED激活層內(nèi)產(chǎn)生輻射復(fù)合或非輻射復(fù)合，也可能逃到鄰近的束縛層，DH器件借助

28、減少進入激活層載流子通過束縛層的復(fù)合量，增加注入載流子密度，達到提高效率的目的。較高的注入載流子密度通常可以造成非輻射復(fù)合中心的飽和，從而增加輻射效率。DH的這種效應(yīng)是以激活層厚度小于載流子擴散長度為條件，這一條件和激活層摻雜類型和水平，注入載流子密度以及激活層組份有關(guān)。少數(shù)載流子擴散長度和少數(shù)載流子遷移率的平方根成比例。因而可以知道，對于P型（AlxGa1-x）0.5In0.5P激活層（此處，電子被注入到激活層），因為電子的遷移率實際上超過空穴的遷移率，所以激活層較厚。對于（AlxGa1-x）0.5In0.5P發(fā)光二極管，激活層厚度小于12m，一般滿足小于少數(shù)載流子擴散長度的條件。事實上，較

29、厚的激活區(qū)可造成由較低的注入載流子密度（增加了非輻射復(fù)合效應(yīng)）和激活層內(nèi)部光吸收而引起的LED效率的減少。LED內(nèi)量子效率由LED內(nèi)部激活層輻射復(fù)合率和總輻射復(fù)合率的比率決定。在激活層和束縛層內(nèi)也和異質(zhì)結(jié)界面一樣，可能發(fā)生非輻射復(fù)合。已經(jīng)在（AlxGa1-x）0.5In0.5P合金中發(fā)現(xiàn)了非輻射復(fù)合中心，并發(fā)現(xiàn)它們使材料的輻射效率下降。特別在（AlxGa1-x）0.5In0.5P中發(fā)現(xiàn)深能級除了和氧雜質(zhì)有關(guān)外，還和P型雜質(zhì)Zn，n型雜質(zhì)Si和Se有關(guān)。對摻Zn（AlxGa1-x）0.5In0.5PDH系統(tǒng)作Time-resolved光致發(fā)光（TRPL）測量表明，在激活層和上束縛層中，非輻射復(fù)合

30、率隨Zn濃度增加而增加。此外，與n型雜質(zhì)有關(guān)的深能級顯示出類似于D-X中心的特性，這種特性也使LED的輻射減少。這些資料表明在（AlxGa1-x）0.5In0.5PLED制造中，選擇摻雜種類和控制摻雜濃度和位置一樣重要。使氧污染達到最小是產(chǎn)生高效率（AlxGa1-x）0.5In0.5PLED的關(guān)鍵。（AlxGa1-x）0.5In0.5P中的氧污染和兩個具有熱激活能（Er）0.46至0.64ev(D2)和0.9至1.3eV(D3)的深電子陷阱有關(guān)。圖5給出具有x0.4激活層的（AlxGa1-x）0.5In0.5PLED氧濃度和陷阱D2，D3密度以及發(fā)光效率之間的關(guān)系。由圖可見，氧濃度增加一個數(shù)量

31、級，深能級陷阱密度增加近二個數(shù)量級。這種增加可造成LED外量子效率的顯著減少，因此，在（AlxGa1-x）0.5In0.5PDHLED中，氧的控制是很重要的，外延生長時，即使含氧的污染很低，也會發(fā)生氧混入（AlxGa1-x）0.5In0.5P合金中。結(jié)果，有各種各樣技術(shù)被用來減少（AlxGa1-x）0.5In0.5P合金中的氧濃度，如在取向錯誤的襯底上生長，外延生長參數(shù)（如：比率，生長溫度）的最佳化，OMVPE源純度的改善?？偟姆禽椛鋸?fù)合壽命還和來自DH激活層束縛層界面以及束縛層內(nèi)部的界面復(fù)合有關(guān)，對于較?。ㄐ∮?.4m）的無摻雜（AlxGa1-x）0.5In0.5PDH激活區(qū)，TRPL測試表

32、明界面復(fù)合對于總的非輻射復(fù)合速率有著重要影響。此外，TRPL研究表明對于摻Zn的異質(zhì)界面，當(dāng)摻Zn水平增加時，界面復(fù)合速度增加。在DH圖5.在（AlxGa1-x）0.5In0.5P(X0.4)發(fā)光二極管中氧濃度(NOX)和與其相關(guān)的D2和D3深能級濃度(ND2,ND3)之間的關(guān)系（左）。在（AlxGa1-x）0.5In0.5P發(fā)光二極管中氧及與其相關(guān)的深能級濃度的增加使外量子效率大大減少（右）。束縛層內(nèi)的深能級，對于非輻射復(fù)合也有影響。在束縛層中與氧有關(guān)的深能級密度增加，則DH樣品中非輻射復(fù)合速率也增加，這種行為被推測是由于隧道效應(yīng)即激活層的載流子進入鄰近束縛層深能級的結(jié)果。因此，這些資料表明

33、，使DH異質(zhì)界面和束縛層內(nèi)部的非輻射復(fù)合達到最小，對于實現(xiàn)高效率（AlxGa1-x）0.5In0.5PLED是十分重要的。C.載流子束縛正如第部分第2.b節(jié)所討論那樣，器件激活層載流子束縛的結(jié)果使DHLED的輻射效率得以提高。要得到這樣的好處，激活層的厚度必須小于注入載流子的擴散長度。為了使載流子被限制在激活層，注入載流子必須缺乏可漏出激活束縛層界面處勢壘的足夠熱能。對于固定的注入流密度，激活層厚度（因而注入載流子密度）和電子及空穴的異質(zhì)勢壘高度直接影響載流子束縛。（AlxGa1-x）0.5In0.5P激光二極管由于在DH和分立束縛異質(zhì)結(jié)構(gòu)（SCH）量子井（QW）器件中缺乏足夠的電子束縛導(dǎo)致閾

34、值電流的增加和性能及工作溫度的下降。然而，激光二極管和發(fā)光二極管不同，典型的激光二極管具有較薄的活動層和較高的注入流密度，因此，和激光二極管比較，LED異質(zhì)結(jié)器件載流子泄漏問題相對較小，然而，在發(fā)光二極管中，這個問題不能完全忽略。在DH器件中載流子泄漏可能由載流子漂移或載流子擴散組成，這些載流子具有足夠的熱能可以從激活層傳送到束縛層。漂移泄漏部分隨注入流密度的增大而增加，因此，對于工作在較高電流密度下的器件（例如：激光二極管），以漂移泄漏為主。典型的發(fā)光二極管工作在12個數(shù)量級的較低注入流密度下，因此，擴散流是主要的。對（AlxGa1-x）0.5In0.5PSCHQW激光器的分析表明：對于注入

35、流密度為400A/cm2，總激活層厚度為0.3m的情形，漂移泄漏和擴散泄漏接近。這一注入流密度比（AlxGa1-x）0.5In0.5PDHLED大得多，后者注入流密度一般在5150A/cm2之間且具有較厚的激活層（從而注入載流子密度較低）。在一個DH器件中，在p-P激活束縛層異質(zhì)界面，電子擴散泄漏由下式給出：此處，e，Le，me分別是電子少子遷移率，擴散長度，以及上束縛層中的DOS有效質(zhì)量；Efn是激活層中電子準(zhǔn)費米能級（從導(dǎo)帶邊緣測量）；是電子束縛勢能。激活層中電子準(zhǔn)費米能級是激活層中注入少子密度（電流密度）的函數(shù)。電子束縛勢能是在激活束縛界面電子的有效勢壘，并由下式給出：式中第一項代表束縛

36、層和激活層之間帶隙能量之差，第二項是激活層和束縛層中空穴準(zhǔn)費米能級（由價帶邊緣測量）之差。注意方程（13）和（14）中假定異質(zhì)結(jié)是理想的，即沒有界面態(tài)且導(dǎo)帶偏移尖峰的存在可以忽略或足夠窄，允許電子通過隧道穿越它。這些方程表明：電子的擴散泄漏可以通過增大束縛層和激活層之間的能隙差及加重P型束縛層的摻雜使之減少。后者保證激活層和束縛層中費米能級之差達到最大。因此，重P型摻雜Al0.5In0.5P束縛層是使電子泄漏達到最小的最佳選擇。已經(jīng)證明在（AlxGa1-x）0.5In0.5PDH激光二極管中，極高的工作溫度和特性溫度（意味著較低的電子泄漏）正是增加了P型束縛層摻雜的結(jié)果。然而，在鋁組分較高（X

37、0.7）的（AlxGa1-x）0.5In0.5P層中，除非P型摻雜過程使用了最佳條件，否則，難以實現(xiàn)高的P型摻雜（見第四章）。由于這一困難的存在，在（AlxGa1-x）0.5In0.5PDHLED束縛層中，經(jīng)常選擇較低的鋁組分（X=0.7）。同樣可以得到n-N異質(zhì)結(jié)中空穴擴散泄漏的關(guān)系式。然而，由于空穴遷移率要比電子遷移率小一個數(shù)量級，所以，空穴泄漏通常比電子泄漏要小。此外，在直接帶隙激活層中，空穴的DOS有效質(zhì)量要比電子大得多，結(jié)果具有足夠熱能可超越同樣束縛層勢壘的空穴密度要比電子小得多。例如，在（AlxGa1-x）0.5In0.5PDH激光二極管中，已求得空穴泄漏電流是電子泄漏電流的1/1

38、00。因此，電子擴散泄漏是流出（AlxGa1-x）0.5In0.5PDHLED的主要束縛載流子。等式（13）中含有電子束縛勢能的指數(shù)項對于電子擴散泄漏電流起著決定性作用。對于波長為630nm和615nm，激活層厚度為1m的（AlxGa1-x）0.5In0.5PDHLED，電子束縛勢能大到足以可忽略摻雜水平大于1017cm-3，注入載流子密度小于1017cm-3的（AlxGa1-x）0.5In0.5PDH束縛層（X=0.7或1.0）中的電子泄漏。然而，在電子束縛勢能較小的短波長器件中，電子束縛的最佳化可能變得更加重要。表給出計算波長為590nm和570nm，激活層厚度為1m，束縛層X=0.7或1

39、.0，且摻雜為作為LED使用時水平的（AlxGa1-x）0.5In0.5PLED電子擴散泄漏的參量。表中定義電子束縛率為1-JL/J，其中，J是總的注入流密度。這些計算表明：對于工作在590nm黃色光譜區(qū)的器件，電子擴散泄漏不會使LED的性能下降。然而，較短波長（570nm）的黃綠器件，效率可能因電子泄漏而大大減少。在這種情況下，如果能實現(xiàn)充分高的P型摻雜，則利用較高帶隙X=1.0束縛層較之使用X=0.7束縛層器件的電子束縛率可以提高1.5倍。對566nm器件報道的實驗數(shù)據(jù)表明：當(dāng)束縛層組分由X=0.7增加到X=1.0時,外量子效率可有1.5倍的改善，這一結(jié)果和以上計算接近一致。此外，前面的計

40、算都是對于激活層厚度為1m進行的。對于相同的注入流，激活層較薄的器件具有較高的注入載流子密度，這使得當(dāng)激活層厚度減少時，電子泄漏增加。因此，這些數(shù)據(jù)表明在某些（AlxGa1-x）0.5In0.5PLED中，電子束縛可能是限制其性能的一個因素。量子井器件已在（AlxGa1-x）0.5In0.5P激光二極管中廣為使用的量子井（QW）對器件性能有很多影響，這些影響包括：減少閾值電流，縮短波長CW操作，增加特性溫度和操作溫度，增加功率轉(zhuǎn)換效率。迄今為止，對（AlxGa1-x）0.5In0.5PLED的大表計算p-P（AlxGa1-x）0.5In0.5P-（AlyGa1-y）0.5In0.5P異質(zhì)結(jié)（y

41、=0.7,1.0）中的電子束縛參量（AlxGa1-x）0.5In0.5P激活層P-Al0.5In0.5P束縛層P-（Al0.7Ga0.3）0.5In0.5P束縛層發(fā)射波長(nm)電子束縛勢能a(eV)電子束縛率b1-(JL/J)電子束縛勢a(eV)電子束縛率b1-(JL/J)5900.210.990.180.975700.130.830.110.55a計算假定標(biāo)準(zhǔn)的激活層和束縛層摻雜水平，且注入電子密度為2.91016cm-3(注入電流密度40A/cm2);b計算假定備注a的參量，并假定束縛層中少子擴散長度Le為4m,少子遷移率e為200cm2/V。部分研究工作集中在DH器件方面。然而，“薄”

42、QWLED器件使較高的注入載流子密度成為可能，因而可以得到效率更高的輻射復(fù)合。薄的激活層還可以減少LED的自吸收（這種自吸收使內(nèi)量子效率降低），這對于合理設(shè)計器件結(jié)構(gòu)，使得光子在離開LED前，反復(fù)多次通過激活層是很重要的（第部分第2.4節(jié)）。此外，使用量子體積效應(yīng)（QSE），可以在不必增加鋁組份的情況下縮短發(fā)射波長。量子井結(jié)構(gòu)利用QSE縮短發(fā)射波長是（AlxGa1-x）0.5In0.5PLED的優(yōu)點，因為（AlxGa1-x）0.5In0.5PLED輻射效率隨鋁組份的增加而不規(guī)則減少比能帶結(jié)構(gòu)計算所預(yù)期要快（第部分第1節(jié)）。因此，使用多層QW結(jié)構(gòu)制造600nm（AlxGa1-x）0.5In0.5

43、PLED，在那里，使用QSE可使來自DH激活層的發(fā)射波長縮短12nm。這些QW器件的激活區(qū)由被40A（Al0.5Ga0.5）0.5In0.5P勢壘所隔開的50A（Al0.2Ga0.8）0.5In0.5P井所組成。注意量子井中的量子能級和載流子有效質(zhì)量成反比，使得AlGaInP器件較薄井的要求和類似的AlGaAs結(jié)構(gòu)接近。當(dāng)器件中井的數(shù)目由3增加到40時，（AlxGa1-x）0.5In0.5PLED的效率隨之增加，這種行為被認為是當(dāng)井的數(shù)目增加時，載流子俘獲和束縛增加的結(jié)果。此外，光輸出隨井（和界面）數(shù)目的增加而增加表明在量子井界面的復(fù)合不減少這些器件的性能。具有20個井的多量子井LED可使外量

44、子效率提高到可與工作在相同發(fā)射波長下的DHLED相媲美。然而，據(jù)報道，這種多量子井LED結(jié)構(gòu)的外量子效率在600nm（在GaAs吸收襯底上制造）時僅為1.6%，這一性能大大低于報道中最好的DH吸收襯底LED的性能（其外量子效率可達到6%）。此外，?。?0A）的QW層難以控制且因均勻性問題需要采用高容量的OMVPE生長來制造這些LED，基于這些考慮，迄今為止，商業(yè)化的（AlxGa1-x）0.5In0.5PLED仍未使用QW激活層。在器件中的電流擴展電流擴展對于獲得可作為顯示應(yīng)用的高效率表面發(fā)射LED芯片是比較重要的，大多數(shù)普通LED芯片如圖1（e）所示頂部表面部分被一個圓型金屬電極所覆蓋（該電極

45、是為進行線鍵合而設(shè)計的）。加在芯片上的電流從芯片頂部通過P型層，到達產(chǎn)生光的結(jié)。然而，如果P型層的電阻率太高，則有相當(dāng)部分電流不能夠從觸點往下擴展而被限制在金屬下面。在電極下面產(chǎn)生的光僅在LED芯片內(nèi)部被俘獲和吸收（相反，在激光二極管中，這種電流束縛行為是所希望的，在這種情況下，特意把電流限制在歐姆接觸電極下面的區(qū)域）。早期對AlGaInP的研究就已經(jīng)認識到電流擴展受AlGaInP材料系統(tǒng)的限制。典型的結(jié)構(gòu)研究是在n型襯底上制造一個所需的p側(cè)異質(zhì)結(jié)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，AlGaInP材料系統(tǒng)有三個特性對電流擴展問題有影響。第一，在P型（AlxGa1-x）0.5In0.5P中載流子遷移率較低，對用于上束縛

46、層的高含鋁合金，遷移率的數(shù)量級為10cm2/v.sec；第二，（AlxGa1-x）0.5In0.5P中的P型材料摻雜水平在1018cm-3左右達到飽和，試圖增加摻雜水平結(jié)果導(dǎo)致外延層晶體質(zhì)量的嚴重下降；第三，為了增加AlGaInP上束縛層的傳導(dǎo)性而增加其厚度，但在超過25m時造成該束縛層晶體質(zhì)量的顯著下降。歐姆接觸改進為了解決電流擴展問題和克服材料的局限性，作了許多不同的探討。一種簡單的方法就是改變歐姆接觸圖形使之從芯片中心往外擴展，這些圖形的例子如圖6所示。圖6（a）正是以上提到的圖形，一個圓形接觸點放在芯片上表面的中間，對圓形接觸點的一種改進是加上四個“手指頭”，如圖6（b）所示，進一步的

47、改進如圖6（c）所示，在管芯周圍加上一個環(huán)型金屬觸點。最后這種圖形通常用于較大的LED芯片，如高功率的紅外發(fā)射器。還可能有其他圖形。如果薄層電阻不是很高，則如上所述的歐姆接觸改進對于提高電流擴展是有效的。然而，對于AlGaInP外延層，由于薄層電阻很高，這種方法只能使芯片性能得到很有限的改進。此外，提高電流擴展所帶來的好處，一部分被芯片表面增加金屬的阻滯效應(yīng)所抵消。HP公司制造的第一代AlGaInP，部分是由DH所組成，這種器件上部的束縛層是P型Al0.5In0.5P，且沒有單獨的電流擴展窗口或歐姆接觸層，因此，電流擴展可以忽略。這些器件利用簡單的圓形歐姆接觸電極所能得到的最大發(fā)光特性是0.4

48、lm/w(大多數(shù)光在金屬電極下面產(chǎn)生且受其阻滯)。利用圖6（c）所示的復(fù)雜金屬圖形，光的輸出可增加到1.0lm/w；然而，利用這些技術(shù)，不能實現(xiàn)更進一步的改進。圖6.發(fā)光二極管所使用的不同歐姆接觸幾何圖形。圓形電極（a）是最簡單和最普通的；指狀圖形(b)和更復(fù)雜的圖形(c)被用來改善電流擴展性能，特別適應(yīng)于管芯較大時。2.在P型襯底上生長改善材料傳導(dǎo)性的另一探討是所謂反向摻雜，如頂層用n型取代p型。鋁含量較高的n型AlGaInP合金的遷移率在400cm2/v.sec左右，接近p型合金的510倍。這的確改善了電流擴展性能；然而，生長優(yōu)質(zhì)晶體厚層問題依然存在。此外，這時候襯底必須是p型。摻鋅的p型

49、襯底缺陷密度要比n型襯底高，較高的缺陷密度可能導(dǎo)致外延層中位錯和非輻射復(fù)合中心的形成。同時，Zn是一種活動性較強的雜質(zhì)，生長期間容易擴散進入外延層，并對n型層起補償作用。盡管存在這些困難，還是在p型GaAS襯底上制成了具有n型寬帶隙AlGaInP電流擴展窗口層的AlGaInPLED。然而，這種結(jié)構(gòu)的電流性能要比通常在n型襯底上生長，具有p型電流擴展層的AlGaInPLED差得多。3.電流擴展窗口層當(dāng)前提高商業(yè)化AlGaInPLED性能的另一常用方法是在DH的上面生長一與（AlxGa1-x）0.5In0.5P不同材料的P型厚窗口層。對于這一厚層除了要求其生長要與（AlxGa1-x）0.5In0.

50、5P合金相適應(yīng)外，還要求它具有高的傳導(dǎo)率，且對于發(fā)射的光是透明的。高的傳導(dǎo)率可由高的遷移率和載流子濃度，大的層厚或兩者相結(jié)合而產(chǎn)生，透明度取決于窗口所使用材料以及器件中所產(chǎn)生光的波長。已有兩種材料成功地被用來制作AlGaInPLED窗口層，即：GaP和GaAlAs。HP公司和東芝公司的研究人員分別對這些窗口的結(jié)構(gòu)作了研究。每種結(jié)構(gòu)的窗口具有由層的幾何結(jié)構(gòu)和材料本身的物理性質(zhì)所決定的唯一特性。由于以下原因，AlxGa1-xAS化合物是用來作為AlGaInPLED窗口材料的理想選擇。第一，AlxGa1-xAS可以實現(xiàn)重摻雜，從而維持較高的載流子遷移率以實現(xiàn)高效率器件所需要的電流擴展。第二，AlxG

51、a1-xAS在X0.7時，由紅到黃綠波長范圍所發(fā)射的光是透明的，且具有間接帶隙，可使吸收造成的損耗達到最小。第三，AlGaAs在所有Al成份（X）范圍都能和GaAs襯底以及（AlxGa1-x）0.5In0.5P結(jié)構(gòu)晶格匹配，因此，在與AlGaInPDH相同的外延生長過程中。采用OMVPE方法，可以較容易地長成AlGaAs層。GaP也是作為窗口材料的良好選擇，和AlGaAs一樣，P型GaP可以實現(xiàn)重摻雜從而實現(xiàn)足夠的電流擴展。它也是一種間接半導(dǎo)體，對于有意義的波長是透明的。事實上，在低于600nm的波長范圍，GaP甚至比AlGaAs更透明。然而，GaP的特點是它和GaAs襯底以及（AlxGa1-

52、x）0.5In0.5P層有3.6%的晶格失配。盡管在上束縛層和窗口層的界面處存在一個密集的位錯網(wǎng)，仍然可以在異質(zhì)結(jié)的上部生長GaP而不影響LED器件的內(nèi)量子效率和可靠性。幸而，位錯保持束縛在GaP窗口層上面幾個微米，不會朝下擴展進入器件內(nèi)部，因而不致于在激活層引起非輻射復(fù)合。GaP層的透明度和傳導(dǎo)性同樣不會受到位錯的明顯影響。GaP層可以在（AlxGa1-x）0.5In0.5P雙異質(zhì)結(jié)生長之后，在OMVPE反應(yīng)器中生長。然而，在HP結(jié)構(gòu)中，一個厚的GaP層（50m）是在一個另外的反應(yīng)器中，利用氫化物VPE生長的。這種分立的生長過程吸取了VPE過程較為經(jīng)濟和GaP層在厚度超過20m時迅速生長的優(yōu)

53、點。這些窗口層的電流擴展特性可以利用激光器中電流擴展的模式進行理解和比較。圖7畫出了一個具有窗口層的AlGaInPLED的橫截面簡單示意圖。因為器件具有對稱性，可將其分為兩半，只對圖示器件右半部分進行討論，圖中左邊電極實際上是芯片的中心。這種模式假定在金屬的下方有一個恒定的電壓（V0）和電流密度（J0），同時假定加在襯底上的電壓也是常數(shù)。電極下面以外區(qū)域的電壓可用下面表達式描述：圖7.在窗口層使用電流擴展模式的AlGaInP管芯橫截面。因為其對稱性，只需對其一半進行討論，這里畫出的是右半部分。式中l(wèi)s是擴散長度，由下式給出：式中g(shù)是窗口層傳導(dǎo)率，t是窗口層厚度，n是二極管理想系數(shù)（這里所有計算

54、均假定是1.3）。表給出不同材料和兩種不同摻雜類型的典型參數(shù)。利用表參數(shù)可由等式（15）和（16）推出電流擴展曲線。圖8給出P型（a）和n型(b)GaP,Al0.8Ga0.2As,Al0.5In0.5P曲線。GaP,AlGaAs厚度是商業(yè)化器件的典型值。對于典型的DH器件Al0.5In0.5P，這個值是1m，給出厚度5m的結(jié)果用作比較，結(jié)果說明利用Al0.5In0.5P作為電流擴展層是困難的。表典型窗口層材料參數(shù)窗口成分P型n型摻雜（cm-3）遷移率（cm2/Vsec）摻雜（cm-3）遷移率（cm2/Vsec）GaP110186211018125Al0.8Ga0.2As110183611018

55、151Al0.5In0.5P510171011018211圖8.在AlGaInPLED中不同窗口材料和厚度電流密度和該點到歐姆接觸處距離之間的關(guān)系。圖（a）為P型電流擴展層的結(jié)果，圖(b)為n型電流擴展層的結(jié)果。由圖8（a）可見，厚度為1m的P型Al0.5In0.5P，電流密度在電極附近幾個微米的范圍內(nèi)大大下降，工作在這種條件下的器件僅在金屬電極邊緣發(fā)光。把Al0.5In0.5P電流擴展層的厚度增加到5m有所改善，然而，由于外延生長技術(shù)的限制，不允許厚度超過這個點。利用7m厚的Al0.8Ga0.2As層可使性能得到較大改善，而利用50m厚的GaP層可得到最好結(jié)果。在這種情況下，距離芯片邊緣一半

56、處，電流密度僅下降50%。圖8(b)給出了n型窗口層的結(jié)果，由圖可見：電流擴散行為有了很大改善，尤其是Al0.5In0.5P層。注意到GaP的電流擴散行為未見有太大差別，這是因為它在n型材料和P型材料中有類似的遷移率。然而，前面提到的關(guān)于生長n型結(jié)構(gòu)的限制仍然存在。圖9對不同厚度P型GaP電流擴展窗口的電流密度計算結(jié)果圖9只給出P型GaP厚度對電流擴展的影響?？梢娂词箤雍裰挥?m，也可產(chǎn)生明顯的擴展。厚度增加到15m然后增加到50m，擴展隨之增加。厚度超過50m時，幾乎不再有任何改善。所觀察到的這種現(xiàn)象得到圖10數(shù)據(jù)的支持。圖10給出三種不同GaP窗口厚度芯片表面發(fā)射的光和芯片位置之間的關(guān)系。

57、這一數(shù)據(jù)是用視頻攝像機拍攝每種芯片表面，并利用視頻分析儀將發(fā)光強度劃分為幾個區(qū)域而得到的。插圖中的虛線表示測量強度的芯片位置。對于2m的窗口厚度，電流高度集中，發(fā)光強度在離歐姆接觸很近處已急劇下降，窗口厚度為5m時的發(fā)射有較大改善，厚度為15m時發(fā)射強度的最大值幾乎接近芯片邊緣。圖10利用視頻攝像機和視頻信號分析儀測量GaP窗口層厚度為2，5和15m的三種AlGaInPLED芯片的表面發(fā)射強度。插圖中的虛線表示測量位置，圖中下方的數(shù)據(jù)就是從該位置測量得到的。2m窗口器件表現(xiàn)出嚴重的電流集中效應(yīng)，而15m器件由于改善了電流擴展效應(yīng)，從而顯示出很好的光輸出均勻性。銦錫化合物和其它探討最近報道的另一

58、種改善AlGalnPLED電流擴展技術(shù)是在雙異質(zhì)結(jié)的表面使用一個透明的歐姆接觸。這與電流擴展窗口的概念是一樣的；然而，銦錫氧化物（ITO）傳導(dǎo)薄層是用反應(yīng)電子束蒸發(fā)在DH上面淀積生成而不是用生長外延窗口層的方法。ITO薄層的傳導(dǎo)率非常高（大約為5/口）,在有意義的波長范圍內(nèi)。其透明度大于90%。遺憾的是，在ITO和AlGalnP之間不能直接制造歐姆接觸，必須在AlGalnP上面生長一較低帶隙的接觸層，造成所發(fā)射的光部份被吸收。Lin等人（1994）描述了一種在ITO和（Al0.7Ga0.3）0.5InP上束縛層之間的500AGaAs接觸層。Aliyu等人（1995）利用一300至500A的Ga

59、As層制造與ITO的接觸；不過，他們還在AlGalnP上束縛層和GaAs之間增加了一個Ga0.5In0.5P過渡層。Ga0.5In0.5P的作用是將高帶隙AlGalnP和低帶隙GaAs之間的勢壘減至最小，使得器件的正向?qū)妷狠^低。據(jù)Aliyu等人的報道，利用這種技術(shù)，在20mA的工作電流下，正向壓降為1.7V，而Lin等人（1994）的報道在20mA工作電流下，正向壓降為2.0V。到目前為止，使用ITO的AlGalnPLED與商業(yè)上可得到的具有GaP或AlGaAs窗口層的器件光輸出性能的比較尚未見詳細報道。Lin等人報道,620nm的器件,工作電流為20mA時發(fā)出的光為0.5mw。然而，他們

60、沒有說明器件是用透明的環(huán)氧樹脂封裝或者是在空氣中測量（目前，商業(yè)上可得到的用環(huán)氧樹脂封裝成的小燈，在峰值波長為620nm時產(chǎn)生的光輸出在2.0mw以上）。封裝問題是很重要的，因為環(huán)氧樹脂使半導(dǎo)體和空氣之間的折射率匹配，從而改善了芯片光的輸出，通?？梢栽黾?4倍。在一個未封裝的芯片上，ITO只能夠作為一個抗反射層。盡管Lin等人（1994年）指出在室溫條件下，帶ITO層器件可以穩(wěn)定工作3000小時，但是對這種器件可靠性的研究還很不詳細。顯然，需要對ITO技術(shù)做更進一步的研究，以得到比其它窗口結(jié)構(gòu)更好的器件。未來可能對改善電流擴展的其它方法做研究。然而，目前利用以AlGalnP和GaP作為電流擴展