半导体发光器件_LD和LED.ppt

第四章 半导体发光器件 4.1 发光二极管LED 4.2 半导体激光器LD 4.1 发光二极管（LED） 发光二极管（Light Emitting Diode），简称LED，是一种能将电能转换为光能的半导体器件（固态发光元件），由磷化镓、砷化镓、磷砷化镓、砷磷化镓等半导体材料制成。 一、发光二极管的工作原理和结构 [回顾]工作原理 LED本质上是一种ＰＮ结半导体器件，其发光原理为低电场下的注入式电致发光：加电场-》载流子扩散-》复合发光 发光波长由PN结的禁带宽度Eg决定，即取决于材料的性质。P区和N区发光的比例由LED的材料、结构和掺杂决定。 2. LED的结构： 采用半导体工艺在衬底上制作p-n结，然后制作Al电极，接着在半导体衬底一面蒸镀Au－Ge电极，制得芯片，封装芯片，焊到管座上，由超声波焊接或热压焊引出电极，最后涂覆透明的环氧树脂。 发光二极管的构成：管芯支架、管芯晶片、金线、环氧树脂  1）单色LED：P3 图1-2 2）白光LED 白光LED1：图1 白光LED2：图2 二、发光二极管的分类 发光二极管的种类很多： （1）按材料分 可分为砷化镓LED、磷砷化镓 LED、磷化镓发LED、砷铝化镓LED等。 （2）按发光二极管的发光颜色分 可分为红色、绿色、黄色、橙色等可见光发光二极管以及不可见的红外发光二极管。 （3）按发光效果分 按发光效果可分为固定颜色LED和变色LED两类，其中变色LED包括双色和三色等。 （4）按发光二极管的封装外形分 按发光二极管的封装外形可分为圆柱形、矩形、方形、三角形、组合形发光二极管。其中圆形发光二极管的外径有Φ2~Φ20mm等多种规格，常用的有Φ3mm、Φ5mm等。 （5）按封装形式分 按封装形式有可分为: 有色透明封装（C） 无色透明封装（T） 有色散射封装（D） 无色散射封装（W） （6）按封装材料分 按封装材料的不同可分为 塑料封装 陶瓷封装 金属封装 树脂封装 无引线封装 常见发光二极管的外形图 （1）最大工作电流IFM IFM是指发光二极管长期正常工作所允许通过的最大正向电流。使用中不能超过此值，否则将会烧毁发光二极管。 （2）最高反向电压URM URM是指发光二极管在不被击穿的前提下，所能承受的最大反向电压。使用中不应使发光二极管承受超过此参数值，否则发光二极管将可能被击穿。 最大峰值电流和最高反向电压通常与环境温度相关。 三、可见光发光二极管的特性（主要参数） 1.绝对最大额定值 发光二极管的主要参数有最大工作电流IFM和最高反向电压URM。 此外，容许损耗、工作温度、保存温度、焊接温度等在使用时也必须注意。 注意：尽管在额定值范围内使用,一般不会损坏LED，但为了延长器件的使用寿命和提高可靠性，合理的使用值通常低于额定值的一定范围（~60%）。 2. LED的特性 1）I～V特性 其正向I～V特性与普通二极管大致相同 上升电压： GaAs ~ 1.V GaAsP/GaAlAs ~ 1.5V GaP ~ 1.8V GaN ~ 2.5V INGaN ~ 3.0V 反向击穿电压 一般在十几伏~几十伏 非线性、整流特性 单向导电性：正向低接触电阻，反向高接触电阻 2） B～V特性和B～I特性（发光强度与正向电流特性） LED的发光亮度B与电压V的关系，用下式表示： LED的B～I特性用下式表示： 一般地，在流过额定电流值以内的情况，大体可认为发光强度与I成正比，斜率K与发光材料有关。（不过也有例外，如GaP(红光)当少数载流子密度达到一定的数值时会使发光中心饱和） 3）发光强度-环境温度特性 由于发光复合几率具有温度依赖性，一般地，环境温度上升，亮度下降；温度增加1度，发光效率减小1％，当LED消耗功率大，则结温上升，输出亮度下降，使得发光强度随电流I不再线性增长，而是呈现热饱和现象。所以减小功耗，改良散热条件很重要。 一般工作在小电流IF＜10mA，或者10~20 mA长时间连续点亮LED温升不明显。 此外，若环境温度较高，LED的主波长或λp 就会向长波长漂移，BO也会下降，尤其是点阵、大显示屏的温升对LED的可靠性、稳定性影响应专门设计散射通风装置。 4）发射光谱 描述LED发射光谱分布的两个主要参量： 峰值波长λmax与半高宽Δλ（单色性指标） 。 例：III-V族化合物半导体的光谱半高宽大多在30~50nm，对GaAs1-xPx和Ga1-xAlxAs由于x不同， λmax＝620～680nm， Δλ ＝20～30nm； 对GaP（红）: λmax＝700nm，Δλ ＝10n