半导体发光二极管标准分解
LED发光二极管原理(图文)讲解学习
LED发光二极管原理（图文）半导体发光器件包括半导体发光二极管（简称LED）、数码管、符号管、米字管及点阵式显示屏（简称矩阵管）等。
事实上，数码管、符号管、米字管及矩阵管中的每个发光单元都是一个发光二极管。
一、半导体发光二极管工作原理、特性及应用（一）LED发光原理发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。
因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。
此外，在一定条件下，它还具有发光特性。
在正向电压下，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（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。
假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。
除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。
发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。
由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。
理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有关，即λ≈1240/Eg（mm）式中Eg的单位为电子伏特（eV）。
若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26～1.63eV之间。
比红光波长长的光为红外光。
现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。
（二）LED的特性1．极限参数的意义（1）允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。
超过此值，LED发热、损坏。
（2）最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。
超过此值可损坏二极管。
（3）最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。
LED发光二极管内部结构详解
LED发光二极管内部结构详解LED即发光二极管（Light Emitting Diode），是一种能够将电能直接转换为光能的电子元件。
它是一种半导体器件，由两个不同材料的半导体结合而成。
下面将详细介绍LED发光二极管的内部结构。
一、PN结构LED的核心部分是一个PN结，它由P型半导体和N型半导体组成。
P型半导体中的正电荷多于负电荷，N型半导体中的负电荷多于正电荷。
当P型半导体与N型半导体通过PN结连接时，形成一个耗尽层，也叫势垒。
这个势垒可以阻止电子和空穴的自由移动，使得电流在正向偏置情况下能够通过。
二、发光层发光二极管的发光层位于PN结的一侧。
发光层是一种特殊的半导体材料，称为蓝宝石（GaN）或碳化硅（SiC）。
在发光层中注入了少量的杂质，这些杂质被称为掺杂剂，可以使其发出不同颜色的光。
三、电极LED的两端有两个电极引出。
其中一个是P型半导体的电极，另一个是N型半导体的电极。
这两个电极通过金属线或银胶连接到半导体片上。
电极起到导电和固定LED的作用。
四、封装LED芯片通常需要封装以保护内部结构和提高发光效果。
封装过程主要包括将LED芯片安装到底壳中，然后用透明的塑料或树脂材料封装。
封装材料透明度高，能够产生高亮度的光源。
五、波长转换层部分LED还包含一个波长转换层，也称为荧光体。
它位于发光层的上方，可以将LED发出的蓝光转换成其他颜色的光，如白光、黄光等。
六、反射杯有些LED还配有一个反射杯，它位于LED芯片上方，可以起到聚光的作用。
反射杯一般是金属或塑料材质，帮助将光线聚焦到一个方向，提高LED的亮度。
七、镀膜层一些LED芯片还会在其表面镀上一层薄膜，以增加反射效果，提高光的输出。
总结：LED发光二极管是由PN结、发光层、电极、封装、波长转换层、反射杯和镀膜层等组成的。
它能够将电能转换为光能，广泛应用于照明、显示、指示等领域。
通过合理的调整内部结构和材料选择，LED可以实现各种颜色和亮度的光效果。
半导体发光二极管标准
半导体发光二极管1 范围本标准规定了冰箱事业部半导体发光二极管的设计选用要求、试验方法、检验规则和包装、贮存。
本标准适用于冰箱事业部控制器、照明指示灯等所选用的半导体发光二极管。
2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修改版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB/T 191 包装储运图示标志GB/T 2423.3-1993 电工电子产品基本环境试验规程试验Ca:恒定湿热试验方法(idt IEC 68-2-3:1984)GB/T 4937-1995 半导体分立器件机械和气候试验方法(idt IEC 749:1995)GB/T 4938-1985 半导体分立器件接收和可靠性GB/T 17626.2-1998 电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验(idt IEC 61000-4-2:1995) QMB-J10.010 关于规范RoHS标识的操作指引QMB-J10.011 逐批检查计数抽样程序及抽样表3 半导体发光二极管分类3.1 按颜色分类a)红色发光二极管（λD：620-660nm）b)橙色发光二极管（λD：600-620nm）c)黄色发光二极管（λD：580-600nm）d)绿色发光二极管（λD：500-577nm）e)兰色发光二极管（λD：430-480nm）：380-410nm）f)紫色发光二极管（λPg)白色发光二极管（T C：3000-25000K）3.2 按芯片材料分类a)InGaAlP/GaAsb)GaN/ Al2O3或SiC衬底c)InGaN/ Al2O3或SiC衬底4 要求4.1 静电防护工艺要求因产品易受静电破坏，生产及运输过程中应做好静电防护工作, ImGaAlP/GaAs系列及GaN基/SiC衬底系列静电等级要求控制在500V以下， GaN基/蓝宝石衬底系列静电等级要求控制在100V以下。
发光二极管技术参数
发光二极管技术参数一、基本原理发光二极管的基本结构是由N型半导体和P型半导体构成的PN结。
当加在其中的正向电压大于所谓的阈值电压（typical value为1.8~2.3V），电子就重新排列在PN结的另一侧，与空穴结合并产生电荷复合，从而释放出可见光的能量。
二、发光二极管的主要技术参数1. 亮度：发光二极管的亮度指LED在单位面积上所放射出的发光功率，一般以荧光灯发光效率（lm/W）来衡量。
2.发光波长：LED发光的色彩可以通过其辐射的光的波长来描述。
常见的有红、绿、蓝等色彩。
3.视角：视角是指LED的光线在水平方向上分布的范围。
不同的LED具有不同的视角，一般常见的有60度、90度、120度等。
4.电压：发光二极管的工作电压是指LED在正向导通时所需的电压，常见的额定电压有2V、2.2V、2.5V等。
5.电流：发光二极管的工作电流是指LED正向导通时所需的电流，常见的额定电流有5mA、10mA、20mA等。
6.响应时间：LED的响应时间是指电流通过LED后发光所需要的时间，一般为纳秒级别。
7.反射系数：LED的反射系数是指LED背面反射的光线所占的比例，反射系数越高，LED的反光效果就越好。
8.工作温度：发光二极管的工作温度是影响LED寿命和性能的重要因素，一般工作温度范围在-40℃~+85℃之间。
三、发光二极管的优势1.能效高：LED以电能直接转换为光能，能效一般在80%以上，是传统照明产品的数倍。
3.开关速度快：LED的响应时间只有纳秒级别，能实现瞬间开启和关闭，适用于高频照明和通信设备。
4.色彩鲜艳：LED发光色彩丰富，颜色纯度高，光线柔和，不会产生眩光。
四、发光二极管的应用领域1.照明：LED可以应用于室内照明、路灯照明、景观照明等领域，其能效高、寿命长、色彩鲜艳的特点，使得LED照明产品成为未来的主流照明产品。
2.显示：LED可以应用于数字显示器、数码管、液晶背光、室内大屏幕显示等领域，其响应速度快、色彩鲜艳的特点，使得LED显示产品在各种显示场合中得到广泛应用。
发光二极管检验标准
发光二极管检验标准发光二极管（LED）是一种半导体器件，具有发光、低功耗、长寿命等特点，广泛应用于照明、显示、通信等领域。
为了确保LED产品的质量，制定了一系列的检验标准，以保证LED产品的性能和可靠性。
本文将介绍LED检验标准的相关内容，以帮助生产厂家和检验机构更好地进行LED产品的检验工作。
一、外观检验。
LED产品的外观检验是确保产品外观质量的重要环节。
外观检验项目包括外观缺陷、尺寸和标识等内容。
外观缺陷主要包括裂纹、气泡、污渍、杂质等，尺寸检验主要包括外形尺寸、引线长度、引线间距等。
此外，产品标识的完整性和清晰度也是外观检验的重点内容之一。
二、光电性能检验。
光电性能是LED产品最重要的性能之一，包括光通量、光强度、波长、色坐标、色温等指标。
光通量是LED产品发光强度的重要指标，通常通过积分球或光度计进行测量。
光强度是LED产品单位立体角内的发光强度，波长和色坐标是LED产品发光的颜色特性，色温是LED产品发光颜色的暖白度。
三、电气性能检验。
电气性能是LED产品的另一个重要性能指标，包括正向电压、正向电流、反向电流、漏电流等。
正向电压是LED产品工作时的电压值，正向电流是LED产品工作时的电流值，反向电流和漏电流是LED产品在非工作状态下的电流值。
电气性能检验可以通过电参数测试仪进行测量。
四、环境适应性检验。
LED产品在不同的环境条件下需要具有良好的适应性，包括温度适应性、湿度适应性、耐盐雾性等。
温度适应性是LED产品在不同温度条件下的性能表现，湿度适应性是LED产品在不同湿度条件下的性能表现，耐盐雾性是LED产品在盐雾环境下的耐受能力。
五、可靠性检验。
LED产品的可靠性是产品质量的重要保证，包括寿命测试、热冲击测试、湿热循环测试等。
寿命测试是LED产品在规定条件下的使用寿命测试，热冲击测试是LED产品在高温和低温交替的条件下的测试，湿热循环测试是LED产品在高温高湿和低温低湿交替的条件下的测试。
半导体发光二极管测试国标(精)
基于LED各个应用领域的实际需求，LED的测试需要包含多方面的内容，包括：电特性、光特性、开关特性、颜色特性、热学特性、可靠性等。
1、电特性LED是一个由半导体无机材料构成的单极性PN结二极管，它是半导体PN结二极管中的一种，其电压-电流之间的关系称为伏安特性。
由图1可知，LED电特性参数包括正向电流、正向电压、反向电流和反向电压，LED必须在合适的电流电压驱动下才能正常工作。
通过LED电特性的测试可以获得LED的最大允许正向电压、正向电流及反向电压、电流，此外也可以测定LED的最佳工作电功率。
图 1 LED伏安特性曲线LED电特性的测试一般利用相应的恒流恒压源供电下利用电压电流表进行测试。
2、光特性类似于其它光源，LED光特性的测试主要包括光通量和发光效率、辐射通量和辐射效率、光强和光强分布特性和光谱参数等。
（1）光通量和光效有两种方法可以用于光通量的测试，积分球法和变角光度计法。
变角光度计法是测试光通量的最精确的方法，但是由于其耗时较长，所以一般采用积分球法测试光通量。
如图2所示，现有的积分球法测LED光通量中有两种测试结构，一种是将被测LED放置在球心，另外一种是放在球壁。
_h:^E8(_ d图 2 积分球法测LED光通量此外，由于积分球法测试光通量时光源对光的自吸收会对测试结果造成影响，因此，往往引入辅助灯，如图3所示。
图3 辅助灯法消除自吸收影响在测得光通量之后，配合电参数测试仪可以测得LED的发光效率。
而辐射通量和辐射效率的测试方法类似于光通量和发光效率的测试。
（2）光强和光强分布特性图4 LED光强测试中的问题如图4所示，点光源光强在空间各方向均匀分布，在不同距离处用不同接收孔径的探测器接收得到的测试结果都不会改变，但是LED由于其光强分布的不一致使得测试结果随测试距离和探测器孔径变化。
因此，CIE-127提出了两种推荐测试条件使得各个LED在同一条件下进行光强测试与评价，目前CIE-127条件已经被各LED制造商和检测机构引用。
半导体光电子学第6章 半导体发光二极管
半导体激光器与发光二极管在结构上的主要差别是前 者有光学谐振腔，使复合所产生的光子在腔内振荡和 放大；而后者则没有谐振腔。
正是由于它们在发光机理和上述这一基本结构上存在 差别，而使它们在主要性能上存在明显差别。
光谱宽度随有源层厚度的增 加而减小可归因于能为载流 子所填充的能带变窄。
面发光二极管的光谱宽度较宽。例如， 在高的注入电流下中心波长为1.3m 的面发光管，其Δ可达1300Å。但 它对温度不灵敏、高可靠性和低成本 等优点，却是光纤通信局部网(LAN) 中波分复用(WDM)光源所希望的。
然而，如此宽的谱宽限制了在保证邻 近信道之间有小的串音的前提下所能 供复用的波长数量。
防止发光管产生受激发射的另一种有效方法是将后端面弄斜， 以破坏由解理面形成的法布里-拍罗腔，如图6.2-2所示。其 基本结构与V沟衬底埋层异质结激光器相同，前端面镀增透 膜，后端面腐蚀成斜面。这种结构的特点是更能可靠地防止 受激发射，与前面采取非泵浦区结构的边发光管相比，更能 利用有源层的长度来产生自发辐射，获得较高输出功率。
1．不存在阈值特性，P-I线性好，因而有利于实现信 号无畸变的调制，这在高速模拟调制中是特别重要的；
2．虽然半导体发光二极管的光相干性很不好，但正因 为如此，避免了半导体激光器容易产生模分配噪声和 对来自于光纤传输线路中反射光较灵敏的缺点； 3．工作稳定，输出功率随温度的变化较小，不需要精 确的温度控制，因而驱动电源很简单；
三、发光二极管的发射谱
半导体发光二极管的自发发射的特点决定了它的发射光 谱是很宽的，要比半导体激光器的线宽高几个数量级。 而且光谱宽度Δ与峰值波长有关，可表示为
发光二极管基本结构
发光二极管基本结构
发光二极管（Light Emitting Diode，LED）是一种半导体器件，具有电流通过时能够发出可见光的特性。
它是一种固态光源，与传统的白炽灯和荧光灯相比，具有更高的能效、更长的寿命和更小的体积。
发光二极管的基本结构是由两种半导体材料构成的pn 结。
当正向电流通过时，电子从N 型半导体区域跨越pn 结流向P 型半导体区域，同时空穴也从P 型半导体区域跨越pn 结流向N 型半导体区域。
在这个过程中，电子与空穴发生复合，释放出能量，这些能量以光的形式辐射出来。
发光二极管的发光颜色与使用的半导体材料和掺杂元素有关。
发光二极管简称LED，采用砷化镓、镓铝砷、和磷化镓等材料制成，其内部结构为一个PN结，具有单向导电性。
当在发光二极管PN结上加正向电压时，PN结势垒降低，载流子的扩散运动大于漂移运动，致使P区的空穴注入到N区，N区的电子注入到P区，这样相互注入的空穴与电子相遇后会产生复合，复合时产生的能量大部分以光的形式出现，因此而发光。
发光二极管在制作时，使用的材料有所不同，那么就可以发出不同颜色的光。
发光二极管的发光颜色有：红色光、黄色光、绿色光、红外光等。
发光二极管的外形有：圆形、长方形、三角形、正方形、组合形、特殊形等。
常用的发光二极管应用电路有四种，即直流驱动电路、交流驱动电路、脉冲驱动电路、变色发光驱动电路。
使用LED作指示电路时，应该串接限流电阻，该电阻的阻值大小应根据不同的使用电压和LED所需工
作电流来选择。
发光二极管的压降一般为1.5~2.0 V，其工作电流一般取10~20 mA为宜。
发光二极管的构造和原理
发光二极管的构造和原理发光二极管（Light Emitting Diode，简称LED）是一种能够发出可见光的半导体器件。
它是通过将电能转化为光能而实现发光的，具有体积小、寿命长、耐用、节能、反应快的特点，因此在各种照明、显示等领域得到广泛应用。
一、发光二极管的构造：发光二极管的标准结构包括P型半导体、N型半导体、P-N结、金属电极和透明环氧树脂封装等部分。
P型半导体和N型半导体分别通过多晶硅或者单晶硅的晶体生长技术制备而成。
1. P型半导体：P型半导体是在硅（Si）或者砷化镓（GaAs）等材料中，通过将硼（B）等离子体杂质掺入制作而成。
掺杂杂质后，硅晶体中的硅原子被部分取代，因此缺少电子。
2. N型半导体：N型半导体则是通过将磷（P）等掺杂杂质掺入硅晶体中制备而成。
因为磷原子中有5个电子，其中4个电子和硅晶体原子形成共价键，一个电子不形成共价键。
3. P-N结：将P型半导体和N型半导体材料在一起制作而成，即形成了P-N结。
在P-N结的接触面上，N型半导体中的多余电子会向P型半导体中的缺少电子的区域流动，形成带正电的离子、电子重组产生能量的区域。
4. 金属电极：P型半导体和N型半导体的两端各接上金属电极，金属电极的作用是为发光二极管提供电流。
5. 透明环氧树脂封装：将以上部分组装在一起，并使用透明环氧树脂进行封装，以保护发光二极管内部结构免受外界影响。
二、发光二极管的原理：发光二极管的发光是通过电流通过P-N结而引起的，其发光原理可以通过P-N 结的内部发光理论、能带理论以及注入激子复合理论来解释。
1. 内部发光理论：当电流被施加到发光二极管上时，P型半导体中的空穴和N 型半导体中的电子在P-N结区域形成复合。
在这个复合过程中，电子从N型半导体跳跃到P型半导体，释放出的能量以光的形式发出。
2. 能带理论：根据能带理论，半导体材料中电子的能量是量子化的，它们仅能具备一定数量的能量。
当一个电子从高能级跃迁到低能级时，将释放出一个能量子，该能量子以光子的形式发出。
半导体电 转换器件——发光二极管的识别与使用
半导体电转换器件——发光二极管的识别与使用发光二极管简称发光管（英文简称LED），它是采用特殊的磷化镓（GaP）或磷砷化镓（CaAsP）等半导体材料制成的、能够将电能直接转换成为光能的半导体器件。
发光二极管虽然与普通二极管一样也是由 PN 结构成的，也具有单向导电性，但发光二极管不是应用它的单向导电性，而是让它发光作指示（显示）、照明器件。
当给发光二极管通过一定正向电流时，它就会发光。
与带灯丝的普通小电珠相比，发光二极管具有体积小、色彩艳丽、耗电低、发光效率高、响应速度快、耐振动和使用寿命长等优点，可广泛应用于各种电子、电器装置及仪表设备中。
发光二极管的识别1. 单色发光二极管单色发光二极管实际上就是我们经常用到的普通发光二极管，通电后只能发出单一颜色的亮光来。
单色发光二极管按其管壳形状可分为圆形、方形和异形3 种，圆形尺寸主要有φ3mm、φ5mm、φ10mm，方形尺寸主要有2mm×5mm。
按发光亮度来划分，有发光亮度一般的普通发光二极管和高亮度发光二极管。
表征普通发光二极管特性的参数包括电学和光学两类，主要参数有以下几项：①发光强度（I V）。
②最大工作电流（I FM），国产 BT-104（绿色）、BT-2 04（红色）型发光二极管的最大工作电流均为30mA。
③正向电压降（U F），发光二极管的正向电压降比普通二极管要高，一般在1.8 ～ 3.8V 范围内。
不同颜色和不同制造工艺的发光二极管其工作电压也不同，如红色发光二极管的正向电压降约为 1.8V，黄色发光二极管的正向电压降约为 2V，绿色发光二极管的正向电压降约为 2.3V，白色发光二极管的正向电压降通常高于 2.4V，蓝色发光二极管的正向电压降通常高于3V…… ④最大反向电压（U RM），发光二极管的最大反向电压一般在 6V 左右，最高不超过十几伏特，这是与普通二极管大不相同的地方。
使用中不应使发光二极管承受超过 5V 的反向电压，否则发光二极管将可能被击穿。
发光二极管封装结构
发光二极管封装结构发光二极管（Light Emitting Diode，简称LED）是一种半导体器件，具有发光功能。
它广泛应用于照明、显示、通信等领域。
发光二极管封装结构对其性能和应用具有重要影响。
本文将介绍发光二极管的封装结构，包括常见的封装类型和封装材料。
一、常见的封装类型发光二极管的封装类型多种多样，常见的有直插式封装、贴片封装和模块封装。
1. 直插式封装直插式封装是最早的一种封装方式，其引脚以直线排列，并插入电路板上的孔中进行焊接。
这种封装结构简单、成本低廉，适用于大批量生产。
然而，由于其体积较大，不适用于高密度集成电路的应用。
2. 贴片封装贴片封装是目前最常见的封装方式，尤其适用于小型化和高密度集成电路。
贴片封装将发光二极管芯片封装在一个小型的塑料封装体中，通过焊接或粘贴固定在电路板上。
这种封装结构具有体积小、重量轻、可靠性高等优点，广泛应用于照明和显示领域。
3. 模块封装模块封装是将多个发光二极管芯片封装在一个模块中，形成一个功能完整的发光二极管模块。
模块封装具有良好的散热性能和可靠性，适用于大功率LED照明和显示应用。
二、常见的封装材料发光二极管的封装材料对其性能和应用也有很大影响，常见的封装材料有塑料封装和陶瓷封装。
1. 塑料封装塑料封装是目前使用最广泛的封装材料，其主要成分是聚合物。
塑料封装具有低成本、易加工、良好的电绝缘性能等优点。
然而，塑料封装的热导率较低，散热性能较差，对于高功率LED应用有一定限制。
2. 陶瓷封装陶瓷封装是一种高性能的封装材料，具有优良的热导率和良好的耐高温性能。
陶瓷封装通常采用氮化铝陶瓷，具有良好的散热性能和耐腐蚀性能，适用于高功率LED应用。
三、封装结构对性能的影响发光二极管的封装结构对其性能和应用具有重要影响。
1. 散热性能发光二极管在工作过程中会产生热量，如果不能及时散热，会导致LED温度升高，降低其发光效率和寿命。
因此，封装结构需要具有良好的散热性能，以保证LED的稳定工作。
发光二极管晶圆结构
发光二极管晶圆结构发光二极管（LED）是一种半导体器件，具有高效、节能、长寿命等优点，被广泛应用于照明、显示、通信等领域。
LED的制造过程中，晶圆结构是一个重要的环节，它直接影响LED的性能和品质。
LED晶圆结构主要包括衬底、外延层、P型区、N型区和金属电极等部分。
其中，衬底是LED晶圆的基础，通常采用蓝宝石或碳化硅等材料。
外延层是LED的主要发光区域，通常采用GaN材料，其厚度和掺杂浓度的控制对LED的发光效率和波长有重要影响。
P型区和N型区是LED的电极区域，分别掺杂P型和N型材料，形成PN结构，使LED具有单向导电性。
金属电极是LED的电极接口，通常采用金属材料，如铝、银等。
LED晶圆结构的制造过程主要包括以下步骤：1. 衬底生长：将衬底材料放入熔融状态的炉中，通过化学气相沉积（CVD）或物理气相沉积（PVD）等方法，在衬底表面逐层生长晶体，形成晶圆。
2. 外延生长：将外延材料放入熔融状态的炉中，通过CVD等方法，在晶圆表面逐层生长外延层，形成PN结构。
3. 掺杂：在外延层表面进行掺杂处理，形成P型区和N型区。
4. 金属电极制备：在LED晶圆表面制备金属电极，通常采用光刻、蒸镀等方法。
5. 切割：将LED晶圆切割成单个芯片，形成LED器件。
LED晶圆结构的制造过程需要高精度的设备和技术，如高温炉、光刻机、蒸镀机等。
同时，制造过程中需要控制各个环节的参数，如温度、压力、时间等，以保证LED的性能和品质。
总之，LED晶圆结构是LED制造过程中的重要环节，其制造过程需要高精度的设备和技术，对LED的性能和品质有重要影响。
随着LED技术的不断发展，LED晶圆结构的制造技术也在不断改进和创新，为LED的应用提供了更广阔的空间。
半导体发光二极管原理
半导体发光二极管原理
半导体发光二极管（LED）是一种能够将电能转化为光能的半导体器件。
它的工作原理基于半导体材料的电子结构和能带理论。
当半导体材料中的电子和空穴结合时，它们会释放出能量，这些能量以光子的形式发射出来，形成可见光。
以下是LED的工作原理：
1. P-N结构，LED由P型半导体和N型半导体组成。
P型半导体中有多余的正电荷（空穴），N型半导体中有多余的负电荷（自由电子）。
当P型和N型半导体通过特定的工艺结合在一起时，形成P-N结构。
2. 能带结构，在P-N结构中，会形成能带。
当外加电压施加在P-N结构上时，电子从N型半导体向P型半导体迁移，同时空穴也从P型半导体向N型半导体迁移。
当电子和空穴相遇时，它们会发生复合，释放能量。
3. 发光，当电子和空穴复合时，它们释放出的能量以光子的形式发射出来，产生可见光。
LED的发光颜色取决于半导体材料的能隙宽度，不同的材料会产生不同颜色的光。
4. 发光特性，LED具有高效率、长寿命、低功耗等优点，因此在照明、显示、指示等领域得到广泛应用。
总的来说，LED的工作原理是基于半导体材料的能带结构和电子-空穴复合原理，通过控制电子和空穴的复合过程来产生可见光，实现能量的转化。
随着技术的不断进步，LED已经成为一种重要的光电器件，在各个领域都有着广泛的应用前景。
半导体二极管的结构和分类
半导体二极管的构成的，其基本 特性就是PN结的特性，它的伏安特性曲线形象的反 映了半导体二极管的单向导电性和反向击穿特性。 二极管的伏安特性呈非线性，二极管是非线性器件。
• 二极管的基本结构是一个PN结，将PN结加上欧姆接触电 极和外引线，再用管壳封装起来，就成为一个二极管，如 下图（箭头所指：正向导通，反向截止）：
面接触型的二极管的特点是：PN结面积大，结电容 大，一般只用在低频电路中，常用于整流。国产2CP系列、 2CZ系列的二极管都是面接触型二极管。
平面型二极管的特点是：PN结的面积可大可小。结 面积小的，其结电容也小，国产2CK系列二极管就属于这 种类型，多用在信号检测和数字电路中；结面积大的，其 结电容也大，多用于大功率整流电路中。
二极管的种类很多，可按不同方法进行分类。 （1）按PN结的半导体材料分有：硅（Si）二极管、
锗（Ge）二极管及砷化镓（GaAs）二极管等。 （2）按二极管的内部结构分有：点接触型、面接触 型及平面型等。 三种结构各有特点，其用途也不同。
点接触型二极管的特点是：PN结面积小，因而结电 容小，允许流过的电流小（几十毫安以下），适用于调制 信号的检波。如收音机、通信机等常用的国产 2AP1~2AP7和2AP9~2AP17等2AP系列及2CZ系列的二 极管，都是点接触型锗二极管。
三种二极管的内部结构示意图如下：
（3）按用途不同，二极管可分为检波二极管、整流 二极管、高压整流二极管、稳压二极管、开关二 极管、发光二极管、光电二极管及磁敏二极管等。
二极管的伏安特性曲线
二极管最重要的特性就是单向导电性，可以 用伏安特性来说明。所谓伏安特性是指二极 管两端所加电压与通过它的电流之间的关系， 可用曲线形象地表示出来。如图：
半导体二极管和发光二极管_概述及解释说明
半导体二极管和发光二极管概述及解释说明1. 引言1.1 概述半导体二极管和发光二极管是两种常见的电子元件，它们在现代电子技术领域发挥着重要的作用。
半导体二极管是一种基本的电子器件，具有良好的整流特性，可以将电流只在一个方向上进行传导，被广泛应用于电源、通信和计算机等领域。
而发光二极管则是在半导体二极管基础上进一步演化而来的元件，在通常情况下能够将电能转化为光能，并在光学显示、照明和通信等领域有广泛应用。
1.2 文章结构本文将分为五个主要部分对半导体二极管和发光二极管进行概述和解释说明。
首先，在引言部分对这两种元件做总体概述，并介绍文章的结构安排。
接下来，第二部分将详细阐述半导体二极管的基本原理、结构和工作方式，并探讨其广泛应用的领域。
第三部分将解释发光二极管的工作原理，介绍其不同的结构和分类，并探讨它在不同应用范围内的使用情况和未来发展趋势。
第四部分将比较分析半导体二极管和发光二极管的特点和区别，包括理论性能差异、应用场景选择比较以及技术发展前景对比评估。
最后，结论与展望部分将总结概括文章要点，并提出对未来发展的展望和建议。
1.3 目的本文旨在全面了解和阐述半导体二极管和发光二极管这两种重要电子元件的概念、原理、结构以及广泛应用领域。
通过对它们进行详细解释说明和比较分析，可以帮助读者更好地理解它们在现代电子技术中扮演的角色，并为相关领域中的技术研究和应用提供参考依据。
此外，还将对未来这两种元件的发展进行展望，并提出相关建议，旨在促进电子技术领域的进一步创新与发展。
2. 半导体二极管:2.1 基本原理:半导体二极管是一种基于半导体材料制造的电子器件。
它由两个不同掺杂的半导体材料构成，通常是P 型(正负载) 和N 型(负载) 的硅或锗晶体。
当二极管处于正向偏置状态时，即正压施加在P 区域上，而负压施加在N 区域上，电子会从N 区流向P 区，同时空穴从P 区流向N 区。
这种电荷移动形成了一个电流，在此过程中，在PN 结处生成一个电势垒。
发光二极管国家标准
发光二极管国家标准发光二极管（LED）是一种能够将电能转化为光能的半导体器件，具有节能、环保、寿命长等优点，被广泛应用于照明、显示、通信等领域。
为了规范LED产品的质量和性能，制定了一系列的国家标准，以确保LED产品的安全可靠性和性能稳定性。
首先，LED产品的国家标准主要包括对其光电性能、电气性能、环境适应性、可靠性等方面的要求。
其中，光电性能是指LED产品的光通量、光效、色温、色坐标等参数，这些参数直接影响LED产品的照明效果和色彩表现。
电气性能则包括LED产品的电压、电流、功率因数、波动等参数，这些参数关乎LED产品的电气安全和稳定性。
此外，环境适应性和可靠性则是指LED产品在不同环境条件下的使用性能和长期稳定性。
其次，LED产品的国家标准还对其外观质量、结构尺寸、安装方式等方面进行了规范。
LED产品作为一种电子器件，其外观质量和结构尺寸直接关系到其安装和使用的便捷性，也会影响其外观美观度和产品质感。
因此，LED产品的外观质量和结构尺寸也是国家标准所重点关注的内容之一。
此外，LED产品的国家标准还对其使用说明、包装标识、质量检验等方面进行了详细规定。
LED产品的使用说明和包装标识是为了方便用户正确使用和识别LED产品，避免因误用或误认导致的安全隐患。
而质量检验则是为了保证LED产品在生产过程中的质量控制和产品质量稳定性。
总之，LED产品的国家标准对其各个方面进行了全面规范，以确保LED产品的质量和性能达到国家标准要求，保障LED产品在使用过程中的安全可靠性和性能稳定性。
同时，LED产品的国家标准也为LED行业的发展提供了统一的技术规范和质量标准，推动LED产业的健康发展和国际竞争力的提升。
希望LED行业的相关企业和生产厂家能够严格按照国家标准进行生产和质量控制，为用户提供更加安全、可靠的LED产品。
半导体发光二极管基本知识
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GaAs1-x Px制成的同质结器件，以及GaP掺锌氧对的红色器件，GaAs1-x Px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。
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Emission Area0.254×0.254N ElectrodeP Electrode GaP P Epi Layer GaP N Epi Layer GaP N Substrate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 (AlGaInP)625-640普通绿、黄绿 磷化镓 （GaP ） 565-572高亮绿镓铟铝磷 (AlGaInP)572超高亮绿 氮化镓 ( InGaN ) 505-540 普通黄、橙 磷砷镓 (GaAsP) 590,610超高亮黄、橙镓铟铝磷 (AlGaInP)590-610蓝 氮化镓 ( InGaN ) 455-480 紫 氮化镓 ( GaN ) 400,430 白 氮化镓+荧光粉460+YAG 红外砷化镓 (GaAs)>780图<2>是LED 芯片图形。
发光二极管引脚结构
发光二极管引脚结构发光二极管（Light Emitting Diode，LED）是一种半导体器件，具有正负两个引脚。
本文将从引脚结构的角度来详细介绍发光二极管的构造和功能。
一、引脚结构概述发光二极管通常有两个引脚，分别为正极（Anode）和负极（Cathode）。
正极是与P型半导体连接的引脚，通常标记为长引脚或有标记的引脚；负极是与N型半导体连接的引脚，通常标记为短引脚或没有标记的引脚。
二、正极引脚（Anode）正极引脚是发光二极管的主要引脚之一，具有以下特点：1. 正极引脚连接到P型半导体，P型半导体与N型半导体之间形成PN结。
2. 正极引脚通常标记为长引脚或有标记的引脚，以便区分负极引脚。
3. 正极引脚是LED的正极电源引脚，需要连接到电源的正极。
三、负极引脚（Cathode）负极引脚是发光二极管的另一个引脚，具有以下特点：1. 负极引脚连接到N型半导体，N型半导体与P型半导体之间形成PN结。
2. 负极引脚通常标记为短引脚或没有标记的引脚，以便区分正极引脚。
3. 负极引脚是LED的负极电源引脚，需要连接到电源的负极。
四、引脚结构的作用发光二极管的引脚结构起到以下作用：1. 正极引脚和负极引脚通过金属引线与LED芯片连接，确保电流正常流动。
2. 正极引脚和负极引脚使得发光二极管可以与电路板或其他电子器件进行连接。
3. 正极引脚和负极引脚的标记和长度差异帮助用户正确连接发光二极管，避免反向连接或接触不良。
五、注意事项在使用发光二极管时，需要注意以下几点：1. 为了保证发光二极管正常发光，正极引脚和负极引脚必须正确连接，否则会导致发光效果不理想甚至无法发光。
2. 为了延长发光二极管的使用寿命，应避免超过最大额定电流。
3. 正确选择电压，以免过高或过低的电压对发光二极管造成损坏。
4. 在焊接发光二极管时，应注意控制焊接温度和时间，避免过热或过长的焊接导致器件损坏。
总结：发光二极管的引脚结构包括正极引脚和负极引脚。
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半导体发光二极管1 范围本标准规定了冰箱事业部半导体发光二极管的设计选用要求、试验方法、检验规则和包装、贮存。
本标准适用于冰箱事业部控制器、照明指示灯等所选用的半导体发光二极管。
2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修改版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB/T 191 包装储运图示标志GB/T 2423.3-1993 电工电子产品基本环境试验规程试验Ca:恒定湿热试验方法(idt IEC 68-2-3:1984)GB/T 4937-1995 半导体分立器件机械和气候试验方法(idt IEC 749:1995)GB/T 4938-1985 半导体分立器件接收和可靠性GB/T 17626.2-1998 电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验(idt IEC 61000-4-2:1995) QMB-J10.010 关于规范RoHS标识的操作指引QMB-J10.011 逐批检查计数抽样程序及抽样表3 半导体发光二极管分类3.1 按颜色分类a)红色发光二极管（ D：620-660nm）b)橙色发光二极管（ D：600-620nm）c)黄色发光二极管（ D：580-600nm）d)绿色发光二极管（ D：500-577nm）e)兰色发光二极管（ D：430-480nm）f)紫色发光二极管（ P：380-410nm）g)白色发光二极管（T C：3000-25000K）3.2 按芯片材料分类a)InGaAlP/GaAsb)GaN/ Al2O3或SiC衬底c)InGaN/ Al2O3或SiC衬底4 要求4.1 静电防护工艺要求因产品易受静电破坏，生产及运输过程中应做好静电防护工作, ImGaAlP/GaAs系列及GaN基/SiC衬底系列静电等级要求控制在500V以下， GaN基/蓝宝石衬底系列静电等级要求控制在100V以下。
4.2 封装形式及外观要求4.2.1 封装形式采用环氧树脂全包封的封装形式。
4.2.2 外观要求目测环氧表面无明显发花、划伤，出光面无明显气泡、黑点，无多缺料，无明显偏支架，外引线平整，无明显锈蚀、变色及镀层脱落现象。
4.3 极限值（绝对最大额定值）极限值（绝对最大额定值）见表1。
表1 极限值4.4 光电特性4.4.1 InGaAlP系列红色发光二极管光电参数InGaAlP系列红色发光二极管光电参数应符合表2的规定。
amb4.4.2 InGaAlP系列黄色发光二极管光电参数InGaAlP系列黄色发光二极管光电参数应符合表３的规定。
表３ InGaAlP系列黄色发光二极管光电参数表T amb=（25±5）℃4.4.3 InGaAlP系列橙色发光二极管光电参数InGaAlP系列橙色发光二极管光电参数应符合表４的规定。
ambInGaAlP系列绿色发光二极管光电参数应符合表５的规定。
amb4.4.5 GaN基系列绿色发光二极管光电参数GaN基系列绿色发光二极管光电参数应符合表6的规定。
表6 GaN系列绿色发光二极管光电参数表 T amb=（25±5）℃GaN基系列蓝色发光二极管光电参数应符合表7的规定。
表7 GaN系列蓝色发光二极管光电参数表T amb=（25±5）℃4.4.7 GaN基系列白色发光二极管光电参数GaN基系列白色发光二极管光电参数应符合表7的规定。
表8 GaN系列白色发光二极管光电参数表T amb=（25±5）℃4.4.8 GaN基系列紫色发光二极管光电参数GaN基系列紫色发光二极管光电参数应符合表8的规定。
amb4.4.9 HFT系列多色发光二极管光电参数HFT系列多色发光二极管光电参数应符合表9的规定。
amb4.5 型式检验要求4.5.1 引出端强度通过5.4试验后，引出端无断裂、松动，与环氧体之间无相对移动或脱落现象。
4.5.2 引出端可焊性通过 5.5试验后，湿润表面应覆盖一层平滑而光亮的焊料涂层，浸润面积应大于或等于浸渍面积的95%。
4.5.3 耐焊接热通过5.6试验后，样品环氧体无明显溶化及变色现象，光电特性参数应符合以下要求：——V F≤1.1V FO；（I F=20mA）（V FO：试验前电压测试值，以下同。
）——I R≤10uA；（V R=5V）——I V≥0.9I VO。
（I F=20mA）（I VO：试验前光强测试值，以下同。
）4.5.4 快速温度变化及恒定湿热通过5.7试验后，样品无开裂及引线松动现象，环氧体无明显变色，光电特性参数应符合以下要求：——V F≤1.1V FO；（I F=20mA）——I R≤20uA；（V R=5V）——I V≥0.7I VO。
（I F=20mA）4.5.5 电耐久性通过5.8试验后，光电特性参数应符合以下要求：——V F≤1.1V FO；（I F=20mA）——I R≤20uA；（V R=5V）——I V≥0.7I VO。
（I F=20mA）4.5.6 高温贮存通过5.9试验后，样品环氧体无明显溶化及变色现象，光电特性参数应符合以下要求：——V F≤1.1V FO；（I F=20mA）——I R≤10uA；（V R=5V）——I V≥0.8I VO。
（I F=20mA）4.5.7 静电放电抗扰度通过5.10试验后，光电特性参数应符合以下要求：——V F≤1.1V FO；（I F=20mA）——I R≤10uA；（V R=5V）——I V-I VO≤±5%I VO。
（I F=20mA）5 试验方法5.1 外形测试用游标卡尺或显微镜测量，尺寸测量结果符合4.2.1中规定。
5.2 外观测试目测及显微镜下镜检，外观符合4.2.2及4.2.3中规定。
5.3 光电特性测试方法：按如下方法测试，测试结果符合4.4中规定。
电特性测试一般在相应的恒流恒压源供电下，利用电压电流表进行测试；光特性的测试主要包括光通量和颜色。
光通量的测试可采用积分球法或变角光度计法；颜色特性测试可采用分光光度法或积分法。
5.4 引出端强度试验5.4.1 拉力试验按GB/T 4937-1995第II篇1.1、试验Ua1的规定：a）外加力：5N；b）时间：（10±1）s。
c）样品测试符合4.5.1中规定。
5.4.2 弯曲试验按GB/T 4937-1995第II篇1.2、试验Ub第3.4.2.1方法2的规定：a）加力：2.5N；b）次数：2次；c）样品测试符合4.5.1中规定。
5.5 引出端可焊性试验本试验只针对无铅焊，按GB/T 4937-1995第II篇2.1，试验Ta方法1的规定：a）焊锡温度：（245±5）℃；b）浸锡时间：（2±0.5）s；c）浸入到离器件本体（1～1.2）mm；d）焊剂：松香25%，酒精75%；e）样品测试符合4.5.2中规定。
5.6 耐焊接热试验本试验只针对无铅焊，按GB/T 4937-1995第II篇2.2，试验Tb方法1A的规定：a）焊锡温度：（280±5）℃；b）浸锡时间：（10±1）s；c）浸入到离器件本体（2～2.5）mm；d）焊剂：松香25%，酒精75%；e）恢复：试验样品在标准大气条件下恢复1h，然后在4h内测完光电参数，并应符合4.5.3中规定。
5.7 快速温度变化及恒定湿热试验温度快速变化按GB/T 4937-1995第III篇1.1，试验Na的规定。
a）T A=（-40±3）℃，T B=（100±2）℃；b）暴露时间：10min；c）转移时间：（2～3）min；d）循环次数：5次。
温度快速变化结束后，试验样品的外观颜色应无明显变化，在标准大气条件下恢复4h，继之于恒定湿热试验，按GB/T 2423.3-1993的规定:a）严酷度：温度（+40±2）℃，湿度（93±3）%，时间240h；b) 恢复：试验样品在标准大气条件下恢复2h，样品测试应符合4.5.4中规定。
5.8 电耐久性试验按GB/T 4938-1985工作寿命试验的规定：a）I F=15mA： GaN/InGaN芯片12×12mil以下的发光二极管I F=20mA： ImGaAlP芯片8×8mil以下、GaN/InGaN芯片13×13mil及14×14mil的发光二极管I F=30mA： ImGaAlP芯片9×9mil至12×12mil的发光二极管b）试验时间：1000hc）自进行1000h的耐久性试验通过后，对于自1000h电耐久性试验之后不超过120天所进行的新的试验，即可开始至少340h的耐久性试验。
d)试验完成后，试验样品在标准大气条件下恢复4h后，在4h内测完下列光电参数,测试结果应符合4.5.5中规定。
5.9 高温贮存试验按GB/T 4937-1995第III篇2条规定：a）温度（100±2）℃；b）时间1000h；c) 恢复：试验样品在标准大气条件下恢复4h，然后在4h内测完光电参数，并应符合4.5.6中规定。
5.10 静电放电抗扰度试验按GB/T 17626.2-1998试验方法中规定：HBM模式a）储能电容：150 PF±10％；b）放电电阻：330Ω±10％；c）试验登记：1a接触放电等级4（放电电压：InGaAlP为±500V，GaN基/ Al2O3衬底为±100V ，GaN 基/SiC衬底为±1000V，GaN基加齐纳为±5000V）；d)施加放电点：从器件的“+极”到“-极”及从“-极”到“+极”；e)放电次数：10次，放电间隔：1s。
试验样品在标准大气条件下，在4h内测完光电参数，应符合4.5.7中规定。
6 检验规则6.1 进货检验进货检验项目见表11，抽样方案见QMB-J10.011。
6.2 型式检验6.2.1 试验样品的抽取型式试验的样品，应从交收试验合格的批次中随机抽取。
6.2.2 抽样方案每次抽检样品个数n=5个，检测样品结果应全部合格（Ac=0），若出现一个不合格（Re=1）即判本批不合格。
6.2.3 型式检验周期型式检验的周期为连续三个月一次，若连续三次型式检验通过，周期可延长为六个月一次。
6.2.4 型式检验要求型式检验顺序、试验项目、技术要求及试验方法见表11。
表11 型式检验要求7 包装、贮存7.1 包装7.1.1 内包装内包装采用防静电屏蔽袋包装，合格证上应有公司名称及公司标志。
7.1.2 外包装外包装箱上应有符合GB/T 191中规定的相应运输要求的标志及公司名称、商标、地址、产品型号、数量，并贴有封讫，箱内应有合格证，标明型号、生产日期及检验员代号等。