1、6-2 发光二极管,一、发光二极管的基本结构,平面结构镓砷磷发光二极管的结构示意图和外形,6-2 发光二极管,LED主要组成材料包括：管芯、粘合剂、金线、支架和环氧树脂。,管芯是一个由化合物半导体组成的PN结。,粘合剂作用是把管芯粘在支架的反射杯上。,金线的作用是把管芯的电极链接到支架上。,支架也即LED的外引线，一般使用基体为铁并镀银的支架。,LED采用环氧树脂作为封装材料。环氧树脂的性能对LED的光电特性尤其是可靠性有很大的影响。,6-2 发光二极管,二、发光二极管的发光机理,PN结的电致发光能带图,6-2 发光二极管,三、发光二极管的特性参数,正向压降：每一个LED通过的正向电流为规定值
2、时，正、负极之间产生的电压降，用符号VF表示。,由不同材料制成的LED具有不同的VF值。此外电极材料的选择以及电极制造过程工艺条件的控制也对VF值有着重要影响。组装过程影响VF值的因素主要是银浆的质量，银浆过期变质，使用双组份银浆时搅拌不均匀都可能造成VF值增加。,1. 电学参数,1） 正向压降,6-2 发光二极管,2）反向漏电流,反向漏电流：给LED加上规定的反向电压时，通过LED的电流，用符号IR表示。 正常的LED，IR值应接近0。,反向漏电流的产生除了和管芯本身的质量有关外，还和组装时管芯的安放状态有关。银浆粘污PN结和管芯崩裂是造成漏电的最主要因素，当银浆粘污PN结时，好像有一个电阻
3、并联到结上，形成漏电通路，从而产生漏电。管芯崩裂是因为安放管芯时设备顶针位置调校不当，使管芯受损从而产生漏电。,6-2 发光二极管,2. 辐射度学参数,辐射度学：有关某一给定辐射体的光辐射能量或功率，与人眼对亮度和颜色的灵敏度无关。,光谱分布：发光的能量与波长或频率的关系。,6-2 发光二极管,1） 峰值波长：光谱分布曲线的光强最大处对应的波长，用p表示。,2）半强度宽度：辐射功率的半强度功率点对应的波长范围，也称为峰值半宽度或简称半宽度，用表示。,3）辐射功率（或辐射通量）：一个光源在单位时间内发射的总功率，单位为瓦特（W）。,4）辐射强度：单位时间、单位立体角内发射的功率，单位是：瓦/球面
4、度（W/Sr）。,3. 光度学参数,6-2 发光二极管,视见函数：人眼响应随波长而变化的函数关系。,度量辐射能的各个能仅是与客观条件有关的物理量，但光度学的量不仅与客观条件有关，而且还与人的视见函数有关。在辐射度学中引入的各个量，乘以一个与视觉有关的比例系数即视见度K，就得到光度学中的各个量。,1）光通量：假定LED的辐射通量为P，该量中能为人眼所感觉的那部分称为光通量F。它表示单位时间内流出光能的大小，单位是流明（lm）。,P与F之间的关系可用下式表示：,K表示波长为的辐射通量每瓦可以产生多少流明的光通量。,6-2 发光二极管,2）发光强度,一光源在单位立体角内所发出的光通量称为该光源的光强
5、，用I来表示。单位是坎德拉（cd），一单位立体角内发出一流明的光称为一坎德拉。坎德拉是一个光源在给定方向上的发光强度。,在芯片法向上的发光强度称为法向光强，用IV来表示。它是表征发光器件发光强弱的重要性能。LED大量应用要求是圆柱、圆球封装，由于凸透镜的作用，故都具有很强指向性：位于法向方向光强最大，其与水平面交角为90。当偏离正法向不同角度，光强也随之变化。,6-2 发光二极管,3）半值角,在发光强度分布图形中，发光强度等于最大强度一半构成的角度称为半值角。,6-2 发光二极管,量子效率,量子效率分为内量子效率和外量子效率,内量子效率：单位时间内半导体的辐射复合产生的光子数 与注入载流子的数
6、目之比。,注射效率：可以产生辐射复合的二极管电流In在二极管的总电流I中所占的百分比，用 表示。,4）发光效率,外量子效率：单位时间内输出二极管外的光子数目与注入的载流子数目之比。,a 注射效率,6-2 发光二极管,P区受主浓度要小于N区施主浓度。 减小耗尽层中的复合电流。 选用电子迁移率比空穴迁移率大的材料。,提高注射效率的途径：,辐射效率：发生辐射复合的电子数与注入的总电子数之比， 用 r表示。,提高辐射效率的途径：,减少复合中心密度。 增加P区的掺杂浓度。,b辐射效率,6-2 发光二极管,出光效率：PN结辐射复合产生的光子出射到晶体外部的百分数，用出表示。,减小吸收系数 增大表面透过率
7、减小电极吸收,提高出光效率的途径：,c 出光效率,5）亮度,为发光波长，J为电流密度，L为在处的光视效率，Aj为PN结的面积，As为观察的发光表面面积，亮度的单位为英尺-朗伯。,6-2 发光二极管,四、光子辐射数量的三种损耗机制,发光二极管材料内的吸收作用 hvEg (衬底、表面吸收)。,2. 菲涅耳（fresnel）损耗当光通过半导体进入空气时，由于折射率的差异所引起的反射损失，称为菲涅耳损耗。,3. 斯涅耳（snell）损耗光子从折射率大的介质向折射率小的介质入射时，若入射角大于其临界角c，则入射光从界面全反射回原介质。,措施：采用宽禁带，衬底反射率高的材料。,6-2 发光二极管,五、发光
8、二极管的分类,发光二极管通常按照发光的颜色分为可见光发光二极管和红外光发光二极管。,可见光发光二极管按照发光的颜色分为蓝光LED、绿光LED、黄光LED和橙光LED。,6-2 发光二极管,发光二极管主要材料,蓝：GaN 43004600,绿：GaP:N 57005900,黄：GaP:N；GaAs0.15P0.85 59006500,橙：GaAs0.35P0.65；In0.3Ga0.7P 59006500,红：GaP:Zn:O ；GaAs0.6P0.4 65007600,O易获电子，N易获空穴,6-2 发光二极管,1、可见光发光二极管,平面二极管架构可见光LED的基本结构图,2、红外光发光二极管,6-2 发光二极管,用于光纤通讯的表面发射红外光GaInAsP发光二极管,
