《LED电子器件原理》PPT课件.ppt

CIE色度图 LED（Light-Emitting Diode）发光二极管LED大屏显示LED内部结构示意图 固体能带理论固体能带理论 Pn结及电子空穴结及电子空穴 符合发光理论符合发光理论 白光白光LED 目目 录录 1.发光的分类发光的分类结结3.复合发光理论复合发光理论结构结构3.发光原理发光原理4.前景展望与技术革新前景展望与技术革新1.能带理论能带理论2.掺杂掺杂2.LED蓝光芯片蓝光芯片生长方法生长方法相关简介相关简介结构简介结构简介能带理论的提出：固体的力、热、光和电磁学性能与其 内部的电子运动状态密切相关1900年特鲁德（）提出经典自由电子模型经典自由电子模型：成功解释金属导热导电行为1928年索末菲（）借助费米-狄拉克的统计理论建立了量子化的自由电子气模型量子化的自由电子气模型，解释了金属电子热容、磁化率的问题1928年，布洛赫（）运用量子力学原理分析了电子所具有的基本特征，为固体能带理论固体能带理论奠定了基础能带理论的基本出发点和相关假设：即：考虑一理想完整晶体，所有的原子实都周期性地静止排列在其平衡位置上，每个电子都处在除其自身外其他电子的平均势场和原子实的周期场中运动近自由电子近似周期性势场近似绝热近似绝热近似：电子可看作在由原子核产生的固定不动的势场中运动平均场近似：平均场近似：每个电子所处的是能均相同，故其与其他电子的势能仅取决于自身的位置周期性势场近似：周期性势场近似：假定是理想晶体，每个电子均处在其他电子的平均势场合离子实产生的周期性势场中运动能带理论：研究固体固体中电子运动的主要理论基础定性阐明晶体晶体中电子运动的普遍性特点从原子结构水平上说明了导体、半导体、绝缘体导体、半导体、绝缘体的区别解释了晶体中电子的平均自由程为什么远大于原子间距掺杂：为改变半导体的而人为的想半导体中掺入施主杂质和受主杂质的一种手段：施主和受主掺杂施主和受主掺杂电 离 前电 离 后被施主杂志束缚的电子的能量比导带Ec低，成为施主能级ED；施主能级靠近导带底部施主杂质的电离能小，基本电离导致导带上产生大量的电子受主掺杂：受主杂质能级靠近价带顶部，具有很强得到很强得到电子电子的性质，这类杂质向价带提供空穴 受主能级出现受主能级出现Conduction Conduction bandbandValence bandValence bandConduction Conduction bandbandValence bandValence band+ + + + 电 离 前电 离 后EcEAEvP-n结由于掺杂使得由于掺杂使得：n型半导体：a 施主杂质电离，导带中出现施主提供的电子；b电子浓度n空穴浓度pP型半导体：a 受主杂质电离，价带中出现受主提供的空穴；b空穴浓度p电子浓度n+ + +e-e-e-内建电场内建电场EPn结工作原理：发光原理发光原理：当给 Pn 结施加正向电压时，电子由 N 区注入 P 区，空穴由 P 区注入N 区，进入对方区域的少数载流子的一部分与多数载流子复合而发光电子、空穴符合理论： 直接复合：1、按复合机构 间接复合： 发射光子：辐射复合按能量 放出形式 俄歇复合：无辐射复合 发射声子：无辐射复合LED的结构：LED的心脏是图中标识为E的半导体晶片半导体晶片，晶片由P型和N型半导体两部分组成，形成PN结。

晶片分别连接在电源的正负极上，加上偏压后即可产生蓝光、红光和绿光LED蓝光芯片流程衬底材料生长衬底材料生长LED结构MOCVD生生长长芯片加工芯片加工芯片切割芯片切割器件封装器件封装Sapphire蓝宝石蓝宝石MOCVD法生长GaNMQW=Multiquantum well （多量子阱）LED芯片结构 衬底截面衬底截面 生长生长GaNGaN截面截面 GaN表面表面图形衬底生长图形衬底生长GaN 采用图形衬底，进一步提高了采用图形衬底，进一步提高了GaN质量LED发光发光原理原理：电致发光和光致发光电致发光和光致发光定义：用电场或电流激发产生的发光，以前也叫场致发光半导体半导体p-n结结在较低正向电压之下注入 少数载流子，然后少数载流子与多数载 流子在结区附近相遇复合而发光或者通 过局域中心而发光半导体芯片所发出的蓝光激发YAG荧光 粉发出红、绿光，剩余的蓝光与产生的 红、绿光复合产生白光白光LED未来发展前景展望白光光源性能比较白光LED未来发展前景展望各种LED制造方式的优缺点我国LED行业面临的机遇和挑战挑战：机遇：LED专利壁利壁垒形成形成行行业垄断寡断寡头国内行国内行业主要集中主要集中在下游在下游专利到期格局利到期格局生生变研究新材料，研究新材料，绕过既定既定专利利国内国内LED市市场需求需求巨大巨大中国主要LED生产厂家其他主要其他主要LED生产厂家生产厂家结论1、白光LED具有节能、高效、寿命长、污染小等特点2、未来的显示、照明市场一定是属于白光LED3、应尽快在国内普及白光LED照明，减少能源损失4、挑战与机遇并存，我国相关行业要加大研发力度，后 发制人5、我国国内相关行业应加大研发力度，力求摆脱日本日 亚等公司的专利束缚。