发光二极管应用原理 特性

AlGaAs砷化铝镓高亮度红色LED（Ⅲ-Ⅴ族）

1、元件构造与发光特性
在红色LED的材料中，传统的磷砷化镓（GaAsP；GaAsP/GaAs，发光波长660nm；VPE）及磷化镓（GaP；GaP（Zn，O），发光波长690nm，LPE）红色LED技术上都已成熟。然而，在GaAsP方面，由于没有适当匹配的基板，因此结晶时有缺陷的产生，其发光效率也就无法提升；而GaP在本质上就无法产生极高的发光效率，所以上述两种LED的亮度较低，只适合于室内的使用规格。因此，发展适用于户外的高亮度红色LED变成为一种重要的技术。

目前市场上的高亮度红色LED的产品主要集中在AlGaAs此种材料所制成的元件。 AlGaAs的主要优点在于：

（1）lxGa1-xAs在不同的铝含量下，其晶格常数皆可匹配于砷化镓基板，因此可在基板上长成品质佳的AlGaAs结晶层。

（2）于AlxGa1-xAs红色LED(x=0.35，发光波长660nm)而言，其发光层为直接能隙的材料，因此其拥有较佳的发光效率。

上述的材料特性使得AlGaAs克服了GaAsP及GaP的缺点。传统上，双异质结构的AlGaAs高亮度红色LED其亮度已可达到户外应用的规格(亮度须大于1烛光=1000mcd)。然而，上述结构具有一共同的劣势，即其GaAs基板的吸光效应，由于半导体材料与封装用的树脂或空气的折射系数差异很大，因此在活性层产生的光极易返回晶体内部，如果这些反射光行进至GaAs基板，将被能隙小的GaAs基板吸收而损耗。由此现象可知，如果以较高能隙的AlGaAs来代替GaAs基板(双面发光型双异质结构---DDH，如图3-3)，理论上由于AlGaAs基板不吸光，往基板行进的光将有机会经由底部再反射回表面，因此亮度将可提高一倍以上。自从发展出此种DDH结构后，AlGaAs高亮度红色LED的亮度已可高达5000mcd以上。

2、结晶成长技术
AlGaAs高亮度红色LED量产产业的结晶成长基本上是以LPE技术为主。而对于DDH结构而言，由于必须成长AlGaAs透明基板，所以有二个关键问题必须注意：

（1）AlGaAs透明基板具有较高的铝含量，容易产生氧化的问题。

（2）基板厚度通常必须大于150mm，随着厚度增加，晶格缺陷也随之增多。

3、应用
因其发光效率良好且亮度高，故可用于户外显示需要高亮度的产品，如：第三煞车灯、交通号志及户外看板等。