半导体光发射二极管的基本结构

　　半导体光发射二极管本质上就是一个pn结二极管，但各种发光二极管的具体结构却不尽相同。图给出了几种发光二极管的基本结构。

　　这些发光二极管的有源层通常是在体材料上形成的。尽管用于显示应用的LED都是发射可见光的，但是其结构却多种多样。pn结构的同质结发光二极管与异质结一样能发射红、黄光，而且制作容易。发射蓝或绿光的发光二极管大多采用Ⅲ族氮化物的量子阱结构，如InGaN／GaN、GaN｀AlGaN等。但是这种类型的发光二极管，光发射区发出的由自发辐射产生的光是向着各个方向的。所以，发展了各种结构来限制光发射的方向。这些LED大体上可以分为两种：面发射发光二极管和边发射发光二极管。面发射发光二极管的出射光垂直于pn结平面。图中的（a）、（b）和（c）为面发射发光二极管。其中，（a）所示的布鲁士（Burrus）发光二极管是一种典型的面发射发光二极管。当光子能量大于衬底的禁带能量时大部分光子将被衬底吸收，这在GaAs基AlGaAs／GaAs发光二极管中是普遍现象。此时，可以采取刻蚀光发射区域的衬底材料来防止吸收发生。在正向偏置电压下，大量的电子和空穴分别从N-AlGaAs、P－AlGaAs注入到中间的P－GaAs（或AlGaAs）有缘层中，产生自发辐射。在光纤系统中，通常对发光区域进行限制来保证在低电流下工作。圆形电极与P－GaAs顶层外延层接触，其半径通常为30～50μm。如果衬底对于发射的光是透明的，可以刻蚀衬底形成透镜结构来改善发光形式。

　　图中的（d）所示是一种边发射类型发光二极管，其出射的光平行于pn结平面。电流被介电层限制在宽度小于几十微米的条带内。发光区域是沿着电流注入区域形成的。边发射二极管的工作机理与面发射发光二极管本质上是相同的。

　　图 基本发光二极管结构示意图