半导体发光二极管基本知识.docx

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 GaAs-xPx制成的同质结器件，以及 GaP掺锌氧对的红色器件，GaAs-xPx掺氮的红、橙、黄器件，GaP掺氮的黄绿器件等等到了 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（Light Emitting Diode ） 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图＜1＞普通LED基本结构图金frHAYA”#才二&KIGk;l/kk:IXI一 栗组成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普通红磷化傢 （GaP700咼亮度红磷砷傢 （GaAsP）630超咼亮红傢铝砷 (GaAlAs)660超咼亮红傢 铟 铝 磷(AlGaI nP)625-640普通绿、黄绿磷化傢 （GaP565-572咼亮绿傢 铟 铝 磷(AlGaI nP)572超咼亮绿氮化傢 （ In GaN ）505-540普通黄、橙磷砷傢 (GaAsP)590,610超咼亮黄、橙傢 铟 铝 磷(AlGaI nP)590-610蓝氮化傢 （ In GaN ）455-480紫氮化傢 （GaN ）400,430白氮化镓+荧光粉460+YAG红外砷化傢 （GaAs）>780Emission Area0.254 X 0.254图＜2＞是LED芯片图形。

多数管芯正面为 P面，连接到电源的正极, 连接到电源的负极（（GaAIAs芯片正面为N,背面为P;以蓝宝石衬底的蓝、绿芯片 P、N都在正面）约在管芯 2/3高处，是P区和N区的交界处，称PN结当有电P ElectrodeGaP P Epi LayerGaP N Epi Layer -GaP N SubstrateN Electrode流通过PN结时产生发光，发光颜色取决于芯片材料， 而发光强度除了和材料有关外，还和通过 PN结电流的 大小以及封装形式有关电流越大，发光强度越高，但 当电流达到一定程度时出现光的饱和，这时电流再增加， 光强不再增加1.2粘合剂粘合剂的作用是把管芯粘在支架的反射杯上， 一般使用导电银浆作为粘合剂，但对 于蓝宝石衬底的芯片，因两个电极都在正面，因此使用绝缘胶作为粘合剂银浆有单 组份和双组份两种，目前使用的银浆大都为单组份银浆，这种银浆必须在低温下保存粘合剂的性能对制品的可靠性及透光效果有直接影响，因此，必须根据实际情况，选择合适的粘合剂，并注意应在规定的期限内使用1.3金线金线的作用是把管芯的电极连接到支架上主要有 © 25卩m和© 30卩m两种规格，一般场合使用© 25卩m金线，对于通过电流较大，可靠性要求较高的场合，则使用 © 30 卩m金线。

1.4支架支架也即LED的外引线，一般使用基体为铁并镀银的支架，但有时为了提高制品的 散热性能，则使用基体为铜的支架，当然，其材料成本也相应增加1.5环氧树脂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影响它的选择必须充分考虑其可靠性、出光效果、工艺可行性及价格等目前国内较常用的是台湾产的 EP系列环氧树脂，而我公司外加工线则较多使用日本产 的502、512、514等树脂502树脂的流动性较好，但出光效果较差，512树脂的出光 效果好，但粘度较高，工艺可行性差，可靠性也较差， 514树脂的最大优点是耐热性能好，因此，常用于可靠性要求较高的制品树脂分为主剂和硬化剂两部分，有的树 脂在主剂中加入了颜料，因此得到了各种颜色的主剂，而大多数树脂主剂出厂时是一 种淡蓝色的液体，封装时根据需要加入不同颜料，硬化剂是一种无色透明的液体在 树脂中加入适量的散射剂可以提高发光的均匀性，增大散射角，但同时法向发光强度 降低2. LED的主要技术参数2.1电学参数2.1.1正向压卩 —— 指每个LED通过的正向电流为规定值时，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2.1.2反向漏电流—— 是指给LED加上规定的反向电压时，通过 LED的电流，用符号I R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 当银浆沾污PN结时，好像有一个电阻并联到结上，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，由于管芯崩裂现象镜检时较难发 现且由此造成的漏电现象呈不稳定状态， 使得在成品检测时易出现漏判，成为影响产 品质量的一大隐患2.2 光度学及光度学参数2.2.1能量的辐射分布光源的总辐射能量是各种波长能量之和，波长不同能量也不同我们称发光器件的辐射能量随波长而变化的情况为发光器件辐射能量的光谱分布，以 P入表示发光器件在入1和入2范围内的辐射功率可表示为：入2p 入ip入2 = r 1 p入d入 (1)入1pr是一个相对的分布函数。

光谱分布的两个主要参数是它的峰值波长和光谱带 宽1) 峰值波长入p峰值波长入p是指光谱强度最大处的波长，它可以由光谱图很容易地确定图 <3>是 CaN绿色LED的光谱曲线,由曲线可见,其峰值波长是505 nm2) 半波宽度△入0.5半波宽度△入0.5由入p两边的两个波长r o. 5 - △ r 0. 5 求得：△ r 0. 5 = r 0. 5 - r 0. 5 （2）API905-t**1 It SSP Single PL Spsctrum|2OO16SA1 2001 Jun 29 09.17 [PLN 100： 145Q 0 nm 600.D m。