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半导体发光二极管基本知识

自从60年代初期GaAsP红色发光器件小批量出现进而十年后大批量生产以来，发

光二极管新材料取得很大进展。最早发展包括用GaAsP制成的同质结器件，以及GaP

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掺锌氧对的红色器件，GaAsP掺氮的红、橙、黄器件，GaP掺氮的黄绿器件等等。到了

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80年代中期出现了GaAlAs发光二极管，由于GaAlAs材料为直接带材料，且具有高发光

效率的双异质结结构，使LED的发展达到一个新的阶段。这些GaAlAs发光材料使LED

的发光效率可与白炽灯相媲美，到了1990年，Hewlett-Packard公司和东芝公司分别提

出了一种以AlGaIn材料为基础的新型发光二极管。由于AlGaIn在光谱的红到黄绿部分

均可得到很高的发光效率，使LED的应用得到大大发展，这些应用包括汽车灯（如尾灯

和转弯灯等），户外可变信号，高速公路资料信号，户外大屏幕显示以及交通信号灯。近

几年来，由于CaN材料制造技术的迅速进步，使蓝、绿、白LED的产业化成为现实，而

且由于芯片亮度的不断提高和价格的不断下降，使得蓝、绿、白LED在显示、照明等领

域得到越来越广泛的应用。

本课程将介绍LED的基本结构、LED主要的电学、光度学和色度学参数，并简单介

绍LED制造主要工艺过程。

1.发光二极管（LightEmittingDiode）的基本结构

图1是普通LED的基本结构图。它是用银浆把管芯装在引线框架（支架）上，再

用金线把管芯的另一侧连接到支架的另一极，然后用环氧树脂封装成型。

组成LED的主要材料包括：管芯、粘合剂、金线、支架

和环氧树脂。

1.1管芯

事实上，管芯是一个由化合物半导体组成的PN结。由

不同材料制成的管芯可以发出不同的颜色。即使同一种材

料，通过改变掺入杂质的种类或浓度，或者改变材料的组

份，也可以得到不同的发光颜色。下表是不同颜色的发光

二极管所使用的发光材料。图1普通LED基本结构图

表1不同颜色的发光二极管所使用的发光材料

发光颜色使用材料波长

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普通红磷化镓（GaP）700

高亮度红磷砷镓(GaAsP)630

超高亮红镓铝砷(GaAlAs)660

超高亮红镓铟铝磷625-640

(AlGaInP)

普通绿、黄绿磷化镓（GaP）565-572

高亮绿镓铟铝磷572

(AlGaInP)

超高亮绿氮化镓