led及ld发光特性及结构研究报告.doc

轻工大学毕 业 设 计〔论 文〕设计题目：LED与LD发光特性与构造研究姓 名 *卫学 号 101204122 院〔系〕 电气与电子工程学院 专 业 电子信息科学与技术 指导教师 李鸣 2014年6月7日. z.-目录摘要 IAbstract II第1章 绪论 11.1LED及LD技术开展的由来11.2 LED及LD技术开展历程11.3 LED开展的必要意义21.4 本文工作及章节安排4第2章LED与LD理论根底 52.1复合方式52.2 LED和LD的理论知识62.2.1 LED与LD根本构造62.2.2 LED和LD的发光原理62.2.3 LED和LD的构造图片72.3 LED的相关特性82.4 LD的相关特性112.4.1同质结、异质结半导体激光器构造112.4.2激光半导体主要参数132.5各种类型的激光器142.6 LED与LD的区别15第3章 实验条件下LED和LD的相关特性 163.1 LED和LD的P-I特性与发光效率163.2 LED和LD的光谱特性173.3 LED和LD的调制特性183.4小结19第4章 新型大功率LED照明灯散热技术 204.1目前LED灯存在的问题204.2设计产品的样式以及优点204.3设计产品的优化原理以及分析234.4小结25致谢 26参考文献 27. z.-摘要本论文首先讲述了二极管开展的由来，介绍了二极管产业的现状和开展趋势以及应用情况，并学习二极管的根本构造，进而了解其发光特性和各种特性参数，并对一些特性做了分析，在第四章，我们主要是对目前LED灯存在的问题作出改良，设计一种新的样式，使得LED灯的开展前景更加广阔。

关键词：发光二极管；激光二极管；相关特性AbstractFirst tells the story of the origin of the diode development ,this paper introduces the diode industry present situation and development trend and application situation, and study the basic stucture of diode, and then understand its luminescence properties and various characteristic parameters, and has made the analysis of some feature, in the fourth chapter, we mainly make improvement on current problems of LED lights, to design a new style, making LED lights have more broad prospects for development. Key words:Light emitting diode;Laser diode;Relevant features. z.-第1章 绪论1.1LED及LD技术开展的由来早在1947年的美国贝尔实验室就发现了当时只是称为半导体点接触式的晶体管，也是从这时开场了人类的硅文明时代，严格地讲，术语LED(light emitting diode 简称为LED)应该仅用于发射可见光的二极管；发射近红外辐射的二极管叫红外发光二极管；发射峰值波长在可见光短波限附近，由局部紫外辐射的二极管称为紫外发光二极管；我们今天论文中是把这三种半导体二极管统称为发光二极管。

1.2 LED及LD技术开展历程LED的开展历程：50 年前人们就已经了解到半导体材料可产生光线的根本知识，但是直到1962年，通用电气公司的尼克•何伦亚克才开发出第一种可以实际应用的可见光发光二极管最初LED只是用作仪器仪表的指示光源，后来各种光色的LED在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用，产生了很好的经济效益和社会效益当时在美国本来是采用长寿命、低光效的140 w白炽灯作为光源，它产生2000 lm的白光经红色滤光片后，光损失只剩下200lm的红光而在新设计的灯中，Lumileds 公司采用了18 个红色LED光源，包括电路损失在内，共耗电14 w，即可产生同样的光效此外，汽车信号灯也是 LED光源应用的重要领域可以说LED的开发是继白热灯照明开展历史120年以来的第二革命从21世纪到现在，通过在自然，人类和科学之间奇妙的相遇而开发的LED，将成为光世界的创新，是人类必不可少的绿色技术光革命激光二极管(laser diode 简称为LD)，LD的开展历程可以分为三个阶段：最初的LD是20世纪60年代初期出现的同质结型激光器，它是在一种材料上制作的P-N结二极管，在正向大电流注入下，电子不断地向P区注入，空穴不断地向N区注入。

于是，在原来的P-N结耗尽区内实现了载流子分布的反转，由于电子的迁移速度比空穴的迁移速度快，在有源区发生辐射、复合，发射出荧光，在一定的条件下发生激光，这是一种只能以脉冲形式工作的LDLD开展的第二阶段是异质构造半导体激光器，它是由两种不同带隙的半导体材料薄层，如GaAs， GaAlAs所组成，最先出现的是单异质构造激光器(1969年)单异质结注入型激光器(SHLD)是利用异质结提供的势垒把注入电子限制在GaAsP-N结的P区之内，以此来降低阀值电流密度，其数值比同质结激光器降低了一个数量级，但是单异质结激光器仍不能在室温下连续工作随着异质结激光器的研究开展，人们想到将超薄膜(< 20nm)的半导体层作为激光器的激活层，可以产生量子效应，于是在1978年出现了世界上第一只半导体量子阱激光器(QWL)，它大幅度地提高了LD的各种性能后来，又由于MOCVD，MBE生长技术的成熟，能生长出高质量超精细薄层材料，之后，便成功地研制出了性能更加良好的量子阱激光器，量子阱半导体激光器与双异质结(DH)激光器相比，它具有阈值电流低、输出功率高，频率响应好，光谱线窄和温度稳定性好和较高的电光转换效率等许多优点。

从20世纪70年代末开场，LD明显向着两个方向开展，一类是以传递信息为目的的信息型激光器另一类是以提高光功率为目的的功率型激光器在泵浦固体激光器等应用的推动下，高功率半导体激光器在20世纪90年代取得了突破性进展其标志是半导体激光器的输出功率显著增加，国外千瓦级的高功率半导体激光器已经商品化，国内样品器件输出已到达600W如果从激光波段的被扩展的角度来看，先是红外半导体激光器，接着是670nm红光半导体激光器大量进入应用，接着，波长为650nm，635nm的问世，蓝绿光、蓝光半导体激光器也相继研制成功为适应各种应用而开展起来的半导体激光器还有可调谐半导体激光器，另外，还有高功率无铝激光器(从半导体激光器中除去铝，以获得更高输出功率，更长寿命和更低造价的管子)、中红外半导体激光器和量子级联激光器等等其中，可调谐半导体激光器是通过外加的电场、磁场、温度、压力等改变激光的波长，可以很方便地对输出光束进展调制20世纪90年代出现并特别值得一提的是面发射激光器(SEL)，早在1977年，人们就提出了所谓的面发射激光器，并于1979年做出了第一个器件，1987年做出了用光泵浦的780nm的面发射激光器。

1998年GaInAIP/GaA面发射激光器在室温下到达亚毫安的网电流，8mW的输出功率和11%的转换效率前面谈到的LD，从腔体构造上来说，不管是F-P(法布里一泊罗)腔或是DBR(分布布拉格反射式)腔，激光输出都是在水平方向，统称为水平腔构造它们都是沿着衬底片的平行方向出光的而面发射激光器却是在芯片上下外表镀上反射膜构成了垂直方向的F-P腔，光输出沿着垂直于衬底片的方向发出，垂直腔面发射半导体激光器(VCSEIS)是一种新型的量子阱激光器，它的激射阔值电流低，输出光的方向性好，藕合效率高，能得到相当强的光功率输出，垂直腔面发射激光器已实现了工作温度最高达71 ℃20世纪90年代末，面发射激光器和垂直腔面发射激光器得到了迅速的开展，且已考虑了在超并行光电子学中的多种应用980nm，850nm和780nm的器件在光学系统中已经实用化目前，垂直腔面发射激光器已用于千兆位以太网的高速网络为了满足21世纪信息传输宽带化、信息处理高速化、信息存储大容量以及军用装备小型、高精度化等需要，半导体激光器的开展趋势主要在高速宽带LD、大功率LD，短波长LD，量子点激光器、中红外LD等方面目前，在这些方面取得了一系列重大的成果[1] 。

1.3 LED开展的必要意义在我国目前最常见的路灯照明光源为高压放电(HID)型式，如高压钠灯、金卤灯以及低压钠灯和高压汞灯等其缺点是：1. 传统路灯的光源中含有重金属物质，污染环境，而且光源为球形发光，光发散不易控，光线易溢出指定照射区域，所以形成光污染；2. 传统路灯光源的能耗是LED的5-10倍，在我们国家照明用电约占总电量的12%如果按保守估计，2010年我国总发电量将到达30000亿度，照明用电约3600亿度，其中将近70%的用于道路照明如能节约一半的道路照明用电将近1300亿度，相当于三峡电站的年发电量的1.5倍；3. 在显色性方面：传统路灯较差，显色指数只能到达20-40左右；4.在均匀度方面：传统路灯均匀度低，垂直照度虽可达道路照明标准，但边缘照度远远低于垂直照度，均匀度差，不能到达道路照明标准；5. 传统路灯只能到达“亮〞的层次，谈不上照明“质〞的层次传统路灯光的方向不可控，在路面形成圆形光斑，产生局部阴影，照明效果不佳，对行人和车辆驾驶人员在视觉方面造成影响，容易产生交通事故 随着高亮度白光发光二极管(LED)的技术不断进步，大功率的LED照明技术日趋成熟，目前已经商业化的大功率白光LED光源，每灯可到达80到120 lm的光度输出，效率大约在80 lm/W，在以后估计可以到达每灯管200 lm，发光效率则可望到达160 lm/W。

另外LED光源具有器件性能稳定、高效、节能、长寿命、显色指数较好等优点此外，在节能环保的巨大压力下，国外政府采取相关政策鼓励和推广LED照明产品应用2005年12月日本出台改善与提高能源使用的促进税法，明确规定企业或机构使用LED照明取代白炽灯照明，可获得投资额130%超额折旧，或者是投资额7%的税率减免；欧盟2006年7月开场实施RoHs法案，限制含汞的荧光灯管的使用；美国加州立法者提议到2012年实行白炽灯制止令；2007年2月澳大利亚政府宣布将逐步淘汰白炽灯；我国**2012年限制白炽灯的使用；国家发改委、财政部、科技部等部门正在努力推动LED产品取代传统的白炽灯和高压钠灯等传统光源，并确立了到2015年实现节能260亿元人民币的目标在技术和政策的推动了LED路灯成为替代传统路灯的首选下面我们。