LED芯片原理知識大全一覽

1、一、LED簡史50年前人們已經(jīng)了解半導(dǎo)體材料可產(chǎn)生光線的基本知識，1962年，通用電氣公司的尼克何倫亞克(NickHolonyakJr.)開發(fā)出第一種實際應(yīng)用的可見光發(fā)光二極管。LED是英文lightemittingdiode(發(fā)光二極管)的縮寫，它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，即固體封裝，所以能起到保護內(nèi)部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。最初LED用作儀器儀表的指示光源，后來各種光色的LED在交通信號燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟效益和社會效益。以12英寸的紅色交通信號燈為例，在美國本來是采用長壽命、低光效的14

2、0瓦白熾燈作為光源，它產(chǎn)生2000流明的白光。經(jīng)紅色濾光片后，光損失90%，只剩下200流明的紅光。而在新設(shè)計的燈中，Lumileds公司采用了18個紅色LED光源，包括電路損失在內(nèi)，共耗電14瓦，即可產(chǎn)生同樣的光效。汽車信號燈也是LED光源應(yīng)用的重要領(lǐng)域。二、LED芯片原理LED(LightEmittingDiode)，發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊

3、主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時候，它們之間就形成一個“P-N結(jié)”。當電流通過導(dǎo)線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定的。ALED芯片的發(fā)光原理%場；!Ei*同相!光子與電子基本上具有三種交互方式吸收，自發(fā)放射及澈發(fā)放射原予的兩能級曰和E2，E1代表基態(tài)，E2代衷第激發(fā)態(tài)在曰基憲的原子吸收光子后躍遷至激發(fā)蠱E2,此話態(tài)的及變?yōu)槲?激岌態(tài)原子非當不定.細世很短的時不袖任何外力下會跳回基態(tài)而釋放出光子.此程序為自發(fā)放秋當光子照射在激浚態(tài)原子上.該康子被激發(fā)

4、躍回基態(tài)而放出與照站匝子同相釋放光子此程序稱為漱發(fā)放射光出1廠rj|llil1INy反型異質(zhì)結(jié)同型異質(zhì)結(jié)雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示童圖LED在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有和半導(dǎo)體二極管相似的P區(qū)和N區(qū).相交界面形成戸“結(jié)LED的電流大小是由加在二極管兩端的電壓大小來控制的。LED是利用正向備置PN結(jié)中電子與空穴的輻射復(fù)合發(fā)光的，是自發(fā)輻射發(fā)光.發(fā)射的是非相干光.理論和實踐證明，光的峰值波長X與發(fā)光區(qū)域的半導(dǎo)體材料禁帶寬度Eg有關(guān),即21240/Eg(mma)tinunderzerohmpnypcHomojunciHWiunderfan*aniFig4.6.Pnhomojuncticmunder“)zer

5、oandb)forwardP-nheterojunction(c)underforwardhint.Inhomojunctioni.carhendiffeyonaverageoverthediffusionlengths/.TiandqbeforerecombiningInhcterojuncUoncarriersarcconfirxdbytheheterojunctionbarriers(C)HctrrojuftctKinunderkirwaidLEDPN結(jié)的電性質(zhì)r._可見光一般波長離亮度LED450-780nm嚴波長紅外光L不可見光光波長-匚長波長紅外光-8501550nm850-950

6、nmLED芯片發(fā)光原理1.1LED單電極芯片圖2J單電.極芯片結(jié)構(gòu)示盍圖單電極搭片獵構(gòu)代齢含文代碼說可1代科說明Ap極金屆空F口樓金屆層B發(fā)光區(qū)G芯片尺JCP嗟H苦片島鹿Dn層1En列第岸是楓J2LED雙電極芯片I|、Q取電極芯片結(jié)構(gòu)潼圖I颶電檄苦皓構(gòu)代碼會丈代碼說明代碼說明A藍立石毘規(guī)HT1祕金屈層B低溫爨沖層I苦片尺寸【長）雙也極芯川結(jié)構(gòu)小-盍圈C口型接從；芯片尺-宣）DK芯片高度|E型接觸L電極厚度F透叭導(dǎo)電涇Mp樓電極直駁GNn槪電極直用led芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖三、LED芯片的分類1、MB芯片定義與特點定義：MetalBonding（金屬粘著）芯片；該芯片屬于UEC的專利產(chǎn)品。特點：（1）

7、采用高散熱系數(shù)的材料一-si作為襯底，散熱容易。ThermalConductivity;GaAs:46W/m-K;GaP:77W/m-K;Si:125150W/m-K;Cupper:300400W/m-k;SiC:490W/m-K（2）通過金屬層來接合（waferbonding）磊晶層和襯底，同時反射光子，避免襯底的吸收。（3）導(dǎo)電的Si襯底取代GaAs襯底，具備良好的熱傳導(dǎo)能力（導(dǎo)熱系數(shù)相差34倍），更適應(yīng)于高驅(qū)動電流領(lǐng)域。（4）底部金屬反射層，有利于光度的提升及散熱。（5）尺寸可加大，應(yīng)用于Highpower領(lǐng)域，eg:42milMB。2、GB芯片定義和特點定義：GlueBonding（粘

8、著結(jié)合）芯片；該芯片屬于UEC的專利產(chǎn)品。特點：（1）透明的藍寶石襯底取代吸光的GaAs襯底，其出光功率是傳統(tǒng)AS（Absorbablestructure）芯片的2倍以上，藍寶石襯底類似TS芯片的GaP襯底。（2）芯片四面發(fā)光，具有出色的Pattern圖。（3）亮度方面，其整體亮度已超過TS芯片的水平（8.6mil）o（4）雙電極結(jié)構(gòu)，其耐高電流方面要稍差于TS單電極芯片。3、TS芯片定義和特點定義：transparentstructure（透明襯底）芯片，該芯片屬于HP的專利產(chǎn)品。特點：（1）芯片工藝制作復(fù)雜，遠高于ASLEDo信賴性卓越。（3）透明的GaP襯底，不吸收光，亮度高。（4）應(yīng)用

9、廣泛。4、AS芯片定義與特點定義：Absorbablestructure(吸收襯底)芯片;經(jīng)過近四十年的發(fā)展努力，臺灣LED光電業(yè)界對于該類型芯片的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售處于成熟的階段，各大公司在此方面的研發(fā)水平基本處于同一水平，差距不大。大陸芯片制造業(yè)起步較晚，其亮度及可靠度與臺灣業(yè)界還有一定的差距，在這里我們所談的AS芯片，特指UEC的AS芯片，eg：712SOL-VR，709SOL-VR，712SYM-VR，709SYM-VR等。特點：四元芯片，采用MOVPE工藝制備，亮度相對于常規(guī)芯片要亮。信賴性優(yōu)良。(3)應(yīng)用廣泛。四、LED芯片材料磊晶種類LPE：LiquidPhaseEpitaxy(液

10、相磊晶法)GaP/GaP2.VPE：VaporPhaseEpitaxy(氣相磊晶法)GaAsP/GaAs3.M0VPE:MetalOrganicVaporPhaseEpitaxy(有機金屬氣相磊晶法)AlGaInP、GaN4.SH：GaAlAs/GaAsSingleHeterostructure(單異型結(jié)構(gòu))GaAlAs/GaAs5.DH:GaAlAs/GaAsDoubleHeterostrueture(雙異型結(jié)構(gòu))GaAlAs/GaAs6.DDH：GaAlAs/GaAlAsDoubleHeterostrueture(雙異型結(jié)構(gòu))GaAlAs/GaAlAs五、LED芯片組成及發(fā)光LED晶片的組成：主要有砷(AS)鋁(AL)鎵(Ga)銦(IN)磷(P)氮(N)鍶(Si)這幾種元素中的若干種組成。LED晶片的分類：1、按發(fā)光亮度分：A、一般亮度：R、H、G、Y、E等B、高亮度:VG、VY、SR等C、超高亮