合肥LED发光字的制造通常包含材料制备、芯片制造和封装3个基本过程。在材料制备过程中,需要在衬底(基片)材料上用外延法生长一定厚度的半导体PN结层。外延材料是LED的核心部分,是制造LED的基石,对LED的性能起着关键的作用。外延材料种类很多,下面介绍其中几种。
1、AlGaInP
四元系化合物半导体材料AlGaInP能发射红光(625nm)、橙光(611nm)和黄光(590nm),是目前制造这一波长范围的高亮度LED的主要材料。四元化合物的组分比例可以表示为(AlxGa(1-x))yIn(1-y)P界,其中x、y是化合物材料组分的摩尔比,当y约为0.5时,延材料晶格与GaAs衬底材料能很好匹配,在GaAs上生长AlGaInP外延材料,是一种质量很好的异质外延;当组分比x在0—1之间变化时,其禁带宽度(带隙)在1.899—2.562eV之间变化,当x<0.65时,跃迁以直接带隙为主,内量子效率较高,产生的波长对应于红光和黄光。
AlGaInP半导体的N型材料可通过掺入Te或Si施主杂质获得,P型材料则可通过掺入Zn或Mg受主杂质获得。外延多采用有机物化学气相淀积工艺(MOCVD),能够对组分和掺杂进行精确地控制,并把杂质污染控制到最低。
2、GaN
氮化镓(GaN)是制作白光LED的理想材料,但制造GaN的单晶材料非常困难,且价格很高。外延时,广泛采用两步生长法,先在500—600℃下生长一层很薄的GaN和AIN层作为缓冲,再在较高的温度下生长GaN外延层。
3、AlInGaN
AlInGaN是制造蓝光发射的LED材料,通过控制材料的组分比,其禁带宽度可以在1.9—6.2eV之间变化,从而大大扩展了LED的发光范围,使其颜色覆盖了从可见光直至紫外光,并且可以用来开发白光LED。因此,这是一种很重要的制造LED的化合物半导体材料,它有一个突出的优点,即在晶格失配的衬底上外延生长成的高位错材料仍具有较高的内量子效率。
通过掺杂Mg或Si材料,可以制成P型AlInGaN半导体材料。