发光二极管应用原理 特性

AlGaInP----磷化铝镓铟LED（Ⅲ-Ⅴ族）

1、元件构造与发光特性
前述曾提到作为户外使用之LED的亮度必须大于1烛光（1000mcd），所以传统以GaAsP或GaP为主要材料的橙、黄或绿色LED亮度都无法达到户外使用的标准，因此发展适用于户外之高亮度橙、黄或绿色LED变成为一炙手可热的技术，而磷化铝镓铟(AlGaInP)极为具有此特性的光电宠儿。由实验知，欲将磷化镓铟（GaInP）成长于砷化镓（GaAs）基板上，两者的晶格常数必须匹配，匹配下的GaInP组成，是52%的磷化镓（GaP）及48%的磷化铟（InP），如在GaInP上适度地加入铝，以取代其中的镓，既不会改变晶格常数，又可将直接能隙拓宽为1.85至2.3电子伏特间，其化学式为(AlxGa1-x)0.52In0.48P，其中x代表铝取代镓的比例。当铝含量增加时，直接能隙增加，波长随之变短，使得AlGaInP成为所有三五半导体具有最高能隙之材料。此材料也具有制成橙、黄或绿色发光二极管的潜力，更由于其属于直接能隙型，故发光效率可望高于现有之GaAsP、GaP LED。目前日本以AlGaInP开发出之橙色（x=0.2）及黄色LED亮度皆可达1000mcd以上，至于以AlGaInP开发出的绿色（x=0.5）LED，由于其活性层组成介于直接、间接能隙转折点，故发光效率远小于橙色和黄色LED，然而在适当的结构下，其亮度仍可数倍于现有的GaP绿色LED。如日本及美国做出的AlGaInP黄绿色LED（波长568-573nm）其亮度可达1500mcd。 前述所提由AlGaInP制造之LED波长逐渐缩短时，其活性层组成介于直接、间接能隙转折点，这时量子效率会急遽下降。再者由于GaAs基板的能隙小于AlGaInP，故会吸收由AlGaInP所发出的部分光，使其亮度降低，因此绿色AlGaInP LED必须从结构设计上着手，以提高亮度，其方法有三种：

（1）在AlGaInP活性层下方成长一多层反射结构，一来可减少往下漏出而被基板吸收之光，二来也可反射向上发出而又折回的光，达到提高亮度的目的。

（2）在P- AlGaInP层上成长一既不吸光又具有良好导电性之电流散布层(Current Spreading Layer)来加宽发光面积。一般是以P-AlGaAs，铝

含量大于70%以上。而绿色LED时，因为能隙问题，故使用P-GaP为电流散布层（如图3-4）。目前由美国制造出波长最短之554nm AlGaInP绿色LED。

（3）仿效高亮度红色LED之DDH结构。在GaAs基板上长一不吸光的AlGaAs基板，此基板的铝含量须大于0.75，厚度介于70-90微米之间。

2、结晶成长技术
由于AlGaInP中的铝在固液态之分布系数差异极大，因此以LPE成长AlGaInP，在铝含量的控制上相当困难，所以必须采用有机金属气相结晶法（MOVPE or MOCVD），或分子束结晶法（MBE）来成长，这是因为不同于LPE，铝在固、气相之间的分布系数几乎相同，因此可轻易控制固态中铝含量，再加上MOVPE具有均匀度良好，可长出界面性极佳之薄层结晶及易量产等优点，目前AlGaInP多以此方法长成。
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，如户外看板等。