第八章 半导体发光二极管要点
半导体发光二极管(PPT课件)
• 当注入电子在PN结附近与空穴复合时，将发出 某种光频率的电磁辐射。复合发出的光波波长由 E g 决定 禁带宽度
hc 1.2398 m / eV Eg Eg•Leabharlann h 式中，h 是普朗克常数，
=4.13570*10-15；c是 光速； E是取决于半导体材料的固有值。 g
• 并非所有材料在诸如电子与空穴复合时都 发出有用的光波。在电子和空穴复合时， 也有一些材料释放的能量变成热耗散没有 产生光，有一些则可能一部分变成热能而 另一部分产生光。半导体砷化镓（GaAs） 等材料在诸如电子和空穴复合时，发出有 用的光辐射概率很大，因此被广泛的用作 为半导体发光材料。
光的受激吸收
• 处在低能级E1的原子吸收外来能量ε=hγ= E2-E1， 由于外来光的激励而跃迁到高能级E2。 特点： • 外来光子能量满足ε=hγ= E2-E1时，才能引起受激 吸收。 • 与光的受激辐射过程相反，且发生的概率相同。 • 受激吸收概率和感应光场的强度成正比。
原子的自发辐射、受激吸收和受激辐射
• 当自然辐射所产生的光子通过晶体时，一旦经 过已激发的电子附近，该电子就以某种几率受 到光子的激励，来不及自然辐射就和空穴复合 放出新的光子。这种由光子诱使以激发电子复 合而放出新光子的现象，称为受激辐射。如果 注入电流足够强，形成和热平衡状态相反的电 子分布（粒子束反转分布），这样就能形成很 大的辐射密度。除克服吸收、散射等损耗外， 自然辐射的光激励电子复合过程，被受激励辐 射加速，激光作用开始，再加上反射反馈，便 产生激光。半导体激光二极管的发光就是基于 这种受激辐射。
三. 光 源
外界参量
光 源
光纤
信号 调制
光纤
光探 测器
信号 处理
半导体发光二极管工作原理特性及应用
半导体发光二极管工作原理特性及应用一、工作原理LED基于半导体材料在电场下的直接复合或间接复合发光原理。
当一定电压施加于LED两端时，导电层中载流子（电子、空穴）通过电场获得足够的能量，与另一种类型的载流子发生复合，从而产生辐射能，实现光的发射。
LED的发光原理可分为直接发光和间接发光两种。
直接发光是指电子直接复合空穴，发射光子而产生发光。
间接发光是指电子向导带跃迁，空穴向价带跃迁，电子与空穴在晶格振动中发生“捕获释放”而使光子发生跃迁，从而发出光。
二、特性1.发光效率高：LED可以将大部分电能转化为光能，比传统光源如白炽灯、荧光灯的发光效率更高。
2.寿命长：LED的寿命远远超过传统光源，一般可达到几万小时或几十万小时。
3.节能环保：LED具有低功耗、低热量、无汞等特点，对环境友好，节能效果显著。
4.可调性强：通过控制电流的大小，可以调节LED的亮度，实现不同场景的照明需求。
三、应用1.照明领域：由于LED具有低功耗、寿命长等优势，被广泛应用于室内外照明，如家庭照明、商业照明、街道照明等。
2.显示屏幕：LED在显示技术中应用广泛，如大屏幕显示、电子标牌、室内外广告屏等。
3.信号指示灯：LED的快速开关特性使其非常适用于信号指示灯的应用，如交通信号灯、电子设备指示灯等。
4.汽车照明：LED不仅可应用于车灯照明，还可以用于仪表盘背光、内饰照明等方面，具有节能、环保等优势。
5.光通信：LED的发光效率高、频响特性好，适合用于短距离的光通信，如红外线通信、光纤通信等。
6.生物医学应用：LED在生物医学中的应用越来越广泛，如光疗、光动力学治疗等。
总结：LED具有工作原理简单、特性突出等优势，正在逐渐替代传统光源成为新一代照明和显示技术的主流。
随着半导体技术的不断进步，LED还将在更多领域得到应用，为人们的生活带来更多的便利和舒适。
浅析半导体发光二极管的原理及应用特点
(&) 发光二极管寿命长 二极管的发光寿命长达十万个小时左右"这是由于发光二 极管不同于传统白炽灯的发光机理而决定的# 传统的白炽灯 使用时间长之后会出现老化和断丝的现象# 而发光二极管是 靠载流子的不断移动而发光的"因此不会出现上述情况# 较长 的寿命赋予了发光二极管较好的稳定性"使发光二极管被广泛 应用到工业生产中作为指示灯# "发光二极管的应用领域 在现代城市的照明领域"半导体发光二极管常常被当成是 白炽灯的替代品而被广泛使用# 在通常的情况下"白炽灯的功 耗较大"使用寿命不长# 而白色发光二极管不仅使用寿命长而 且使用功率小"能够节省能源"符合现代节能减排的绿色经济 理念# 人们将红绿蓝三种颜色半导体发光二极管组合在一起" 按照不同的发光比例就能够展现出不同的颜色"此外"半导体 发光二极管也常常被制作成建筑上的诱导灯"安装在大楼上" 作为装饰品"营造良好的氛围# 在数码显示领域"半导体发光二极管经常被制作成七段数 码管这样简单的显示屏"这种显示屏以矩阵形式排列"通过控 制不同的二极管发光"排列显示出文字图形信息# 利用这个原 理可以制作出彩色显示屏"而且就目前来看"全彩显示屏在公 共场所得到了广泛使用# 半导体发光二极管也经常被用作为 数码管使用"用来显示数字"来代替传统的仪器仪表中的指针 式仪表盘"以及数字手表和普通计算器等设备上# 这种数码管 被广泛应用与工业"军事以及民用的仪器仪表当中# *结语 综上所述"新时 期 在 社 会 经 济 不 断 发 展 的 过 程 中" 科 学 技 术也在不断的进步"科技正在逐步的改变我们的生活# 而发光 二极管已经普遍存在我们的身边"它作为光源具有耗电少"节 能环保"安全可靠等优点# 各行各业对发光二极管的应用同时 也从促进了半导体发光二极管的制造和使用# 参考文献 &$' 赵清泉!夏晓玲&半导体发光二极管的应用及其前景 & H' &大众科技!)%%4$0% ((%2($& &)' 陈海燕&Y;!光学特性在显示和照明领域中的应用研 究& !' &中山大学学位论文!)%%'!0& &(' 王晓明!郭伟玲!高国!等&Y;!*新一代照明光源& H' & 现代显示!)%%4!1($42$'& &3' 朱式业&半导体发光二极管及其各领域的应用& H' &科 学中国人!)%$0!$$(16& &4' 赵清泉!夏晓玲&浅谈半导体发光二极管 Y;!照明技 术的应用& H' &机电信息!)%$%$(0% ()32)4& &0' 方志烈&发光二极管材料与器件的历史)现状和展望 & H' &物理学和高新技术!)%%(!4()'42(%$& 作者简介李文龙$$''42% !郑州大学本科生!研究方向(测 控技术与仪器#孙伟峰$$''42% !郑州大学本科生!研究方向(测 控技术与仪器"
半导体发光二极管工作原理特性及应用
半导体发光二极管工作原理特性及应用半导体发光二极管的工作原理基于半导体材料的光电效应。
它是由具有P-N结构的半导体材料构成，中间形成了一个禁带。
当正向电流通过LED时，P区的电子被输运到N区，而P区的空穴被输运到N区，同时在P-N结的附近形成一个空穴层和电子层的边界。
当电子从N区跃迁到P区时，它们会与空穴发生复合，释放出能量。
这些能量以光子的形式发射出来，形成可见光或红外光。
1.高效能：LED具有高能量转化效率，能够将电能转化为光能的效率接近100%。
2.低功率消耗：LED工作时电流非常小，因此其功率消耗相对较低，是一种低耗能的光源。
3.长寿命：LED的寿命一般可以达到数万到数十万个小时，远远超过传统的光源，如白炽灯和荧光灯。
4.快速开启和关闭时间：LED的开启和关闭时间非常短，可以以毫秒为单位实现闪烁或瞬变的光效。
5.抗震动：由于LED没有灯丝或玻璃外壳等易碎物质，因此具有很高的抗震动性能。
1.照明：随着LED技术的不断发展，LED已经成为一种流行的照明光源。
它可以用于室内照明、室外照明和汽车照明等。
由于其高效能和低功耗，LED照明具有节能环保的特点。
2.显示屏：LED被广泛应用于显示屏中，例如电视、电脑显示器和手机屏幕等。
LED显示屏具有亮度高、色彩鲜艳、对比度好等特点，可以实现高清晰度的图像显示。
3.指示灯和信号灯：由于LED具有快速开启和关闭时间的特点，因此非常适合用于指示灯和信号灯等场合。
它被广泛应用于交通信号灯、车辆灯光和电子设备中的指示灯等。
4.智能电子产品：由于LED的小尺寸和低功耗特点，它被广泛应用于智能电子产品中，如手表、手机、电子手册和计算器等。
5.军事和安全领域：由于LED具有快速开启和关闭时间、高亮度和长寿命等特点，因此在军事和安全领域得到广泛应用。
例如，LED被用于夜视设备、警示灯、激光雷达和激光通信等。
总之，半导体发光二极管是一种具有高效能、低功耗、长寿命和快速开启关闭时间等特点的器件，因此在照明、显示屏、指示灯、智能电子产品和军事安全领域等方面得到了广泛的应用。
发光二极管工作原理及应用 ppt课件
24
元素周期表
P-N结 光 的 颜 色 视 做
成 PN 结的材料 和发光的波长 而定，而波长 与材料浓度有 关。如采用磷 砷化镓可以发 出红光或黄光 ；采用磷化镓 则发出绿光
P
半导体发光二极管的结构示意图
LED应用
25
1、 指示灯、信号灯 2 、数字显示用显示器 利用LED进行数字显示，有点矩阵型和字段型两种方式。
+4
硅原子结构示意图
硅、锗原子 锗原子结构示意图 的简化模型
2. 本征半导体 本征半导体就是完全纯净的半导体 (提纯的晶体) 平面结构 立体结构
+4 +4 +4
7
+4
+4
+4
+4
+4
+4
8
本 征 激 发 产 生 电 子 和 空 穴 +4 +4 +4 自由电子 +4
+4
+4
+4
+4
+4
空穴
载 流 子
U
9 +4
+4
在 外 电 场 作 用 下
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
U
10 +4
+4
在 外 电 场 作 用 下
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
U
11 +4
+4
在 外 电 场 作 用 下
+4
半导体激光器和发光二极管介绍概述
§3-2 激光器的一般工作原理 激光器是指激光的自激振荡器。
要使光产生振荡，必须是使光得到放大，而产生 光放大的前题，是物质中的受激辐射必须大于受激吸 收，因此，受激辐射是产生激光的关键。
面波，而且在腔内往返运动时，是垂直于反射镜
而投射，如图：
由A发出的平面波→M2垂直返回→M1返回 →A时，波得到加强，如果它们之间的相位差正
好是2π的整数倍时，显然就达到了谐振。
设谐振腔的长度L，谐振腔介质中光的波长
λg，则满足相位差2π的整数倍时，有
L g • q.
2
q1、 2、 3、 .........
被电子占据的概率为50% 若E< Ef：则f(E) > 1/2 若E>Ef ：则f(E) < 1/2。 故：费米统计规律是：
物质粒子能级分布的基本规律， 它反映了物质中的电子按一定规 律占据能级。
三、光与物质的三种作用形式
光可以被物质吸收，也可以从物质中发射，爱因斯坦指出了
三种不同的基本过程如图所示（下面简述E1、E2二能级系统为 例）。 （1）自发辐射 这是一种发光过程。 设原子的两个能级E1和E2，E1为低能级，E2为高能级，由于处 在高能级的电子不稳定，在未受外界激发的情况下，自发地跃 迁到低能级，在跃迁的过程中，根据能量守恒原理，发射出一 个能量为hf的光子，发射出的光子能量为两个能级之差：
红光点状光斑激光器
工作参数
输出波长：
635nm 650nm 670nm 出光功率：
LED发光二极管常识
LED发光二极管常识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。
半导体二极管ppt课件
快 恢 复 二 极 管
形形色色的二极管
肖 特 基 二 极 管
二极管的封装 资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值
用于电视机、收音机、电源装置等电子产品中
的各种不同外形的二极管如下图所示。二极管
通常用塑料、玻璃或金属材料作为封装外壳，
五、二极管的检测 资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值
用万用表检测普通二极管的好坏 测试图如图所示
1、万用表置于R×1k挡。测量正向电阻时，万用表的黑表
笔接二极管的正极，红表笔接二极管的负极。
2、万用表置于R×1k挡。测量反向电阻时，万用表的红表
稳压管在电路中主要 功能是起稳压作用。
击穿 特性
稳压管的伏安特性曲线
正向 特性
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
形形色色的二极管
高频二极管
阻尼二极管
金属封装整流二极管
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
发光二极管
形形色色的二极管
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
高，主要用于信号检测、取样、小电流整流等
整流二极管（2CZ、2DZ等系列）的IFM较大，fM很
半导体发光二极管讲义
有机源
生长参数：
NH3
温度、气压、原材料、
光学探头
流量、 掺杂剂量
尾气 管
冷却 水
尾气管
热电 GaN-MOCVD反应室管偶
LED外延片结构：同质结、异质结、双异质结、 量子阱、量子点
发光二极管材料的选择：
1. 带隙宽度合适 2.有合适的衬底材料 3. 可获得高电导率n型和p型材料 4. 载流子复合几率大,可获得异质
半导体发光二极管
South China Normal University
1、发光二极管定义和应用
定义：半导体p-n结或与其类似的结构加电压时以高效率发光的 器件。Light emitting diode , LED 二十世纪90年代才研制出高亮度LED。
颜色：紫外、紫光、蓝光、绿光、黄光、橙光、红光、红外、 白光
结或量子阱结构
（2）芯片制备：
金属电极
P-GaN:Mg P-AlGaN:Mg
量子阱
Well InGaN Barrier GaN n-AlGaN:Si
n-GaN:Si 未掺杂GaN 缓冲层 蓝宝石
金属电极
工序：
外延片
光刻、刻蚀、镀膜、合金、
划片（切割）、裂片、分选
光刻
设备：
光刻机、刻蚀机、电子束 蒸发台（镀膜机）、合金炉、 磨片机、划片机、裂片机、
6、LED制备流程
外延片生长
芯片制备
/
封装
p型电极
n型电极
（1）外延片生长：
金属有机气相沉积
metal organnic chemical vapor deposition（MOCVD）
(CH3)3Ga + NH3
半导体发光二极管工作原理、特性及应用
半导体发光二极管工作原理、特性及应用更新时间：LED发光二极管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。
初中发光二极管知识点总结
初中发光二极管知识点总结一、发光二极管的基本原理1、半导体的能带结构半导体是介于导体和绝缘体之间的材料，它的能带结构决定了其导电性质。
半导体材料中存在价带和导带两个能带，其中价带中的电子填满，并且能量较低，而导带中的电子较少，且能量较高，当半导体受到激发时，价带中的电子可以跃迁到导带中成为自由电子，从而形成导电。
2、PN 结的形成当p型半导体和n型半导体直接相接触时，形成的结构称为PN结，形成PN结的过程叫做PN结的形成。
在PN结中，p型半导体的空穴向n型半导体扩散，n型半导体的自由电子向p型半导体扩散，形成内电场，使得p区和n区的电荷分布产生变化，形成耗尽层。
二、发光二极管的结构1、普通二极管结构普通二极管是由p型半导体和n型半导体直接接触而成，通常由硅、锗等半导体材料制成。
2、发光二极管结构发光二极管由p型半导体和n型半导体直接接触而成，具有普通二极管的PN结结构，同时还有一层发光层，当PN结正向导通时，电流通过发光层时，发光层发生发光现象，从而实现LED的发光功能。
三、发光二极管的工作特性1、正向导通和反向截止当PN结两侧的电压为正向电压时，即p区连接正电压，n区连接负电压，PN结导通，此时LED处于正向导通状态，电流流过PN结且LED发光。
当PN结两侧的电压为反向电压时，即p区连接负电压，n区连接正电压，PN结截止，此时LED处于反向截止状态，电流不流过PN结，LED不发光。
2、正向压降正向压降是指在PN结导通时，PN结两侧的电压差，当电压差达到LED的工作电压时，LED开始工作，电流流过PN结，LED发光。
一般LED的正向电压为1.5V~3.5V。
四、发光二极管的应用1、指示灯发光二极管具有发光、能耗低、寿命长等特点，因此广泛应用于各种电子产品的指示灯中，如电视机、空调、冰箱等家用电器的指示灯。
2、显示屏发光二极管还可以组成数码管、点阵屏等显示屏，用于显示数字、字母、符号等信息，广泛应用于计算机、手机、电子表等设备的显示屏上。
半导体发光二极管的基本原理
半导体发光二极管的基本原理目前使用的大部分灯具是白炽钨丝灯或者采取气体放电，而发光二极管">半导体发光二极管（LED）的发光原理则与大部分灯迥然不同。
发光二极管自发性（Spontaneous）的发光是由于电子与空穴的复合而产生的。
一般的发光二极管">半导体发光二极管，多以Ⅲ-Ⅴ、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体为材料。
图1示出的是Ⅲ-Ⅴ及Ⅱ-Ⅵ族元素的带隙（Bandgap）与晶格常数（Lattice Constant）的关系。
由图可知，这些材料的发光范围由红光到紫外线，目前红光的材料主要有AlGaInP，而蓝绿光及紫外线的主要材料则有 AlGaInN。
虽然Ⅱ-Ⅵ族材料也可以得到红光和绿光，但是这族材料极为不稳定，所以目前使用的发光材料大部分是Ⅲ-Ⅴ族。
发光效率与材料是否为直接带隙（Direct Bandgap）有关，图2(a)是直接带隙材料，包括GaN-InN-AlN、GaAs、InP、InAs及GaAs等，这些材料的导带最低点与价带最高点在同一K空间。
所以电子与空穴可以有效地再复合（Recombination）而发光。
而图2(b)的材料均是间接带隙（Indirect Bandgap），其带隙即导带最低点与价带最高点不在同一K空间，以致电子与空穴复合时除了发光外，还需要声子（Phonon）的配合，所以发光效率低。
目前发光二极管用的都是直接带隙的材料。
在直接带隙材料中，电子与空穴复合时，其发光跃迁（Radiative Transition）有多种可能性，如图3所示。
图3（a）是带间复合，图3(b)是自由激子(Exciton)相互抵消，图3(c)是在能带势能波动区域低势能区局部束缚激子的再复合。
图3(a)及(b)是一般AlGaInP红光LED产生光的原理，而图3(c)则是AlGaInN的蓝光及绿光LED产生光的原理。
{{分页}}上述的“复合”是由于本身内部（Intrinsic）产生的，但是假设将杂质（Impurity）掺入半导体，则会在带隙中产生施主（Donor）及受主（Acceptor）的能级，因此又可能产生不同的复合而发出光如图4所示。
半导体发光二极管基本知识和工艺简介
4.5 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。
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。
（1） 峰值波长λp 峰值波长λp是指发光强度最大处的波长, 它可以由光谱图很 容易地确定。图<6>CaN绿色LED峰值波长是505 nm。 （2） 半波宽度Δλ0.5 半波宽度Δλ0.5由λp两边的两个波长求得： Δλ0. 5 =λ0. 5 ’-λ0. 5 5.2.2 光通量
”
某光源单位时间内所辐射的能量中能为人眼所感觉的那部 分称为该光源的光通量, 它表示单位时间内流出光能的大小, 单 位是流明（lm）。
4、LED的基本结构
图<2>是普通LED的 基本结构图。它是用 粘合剂把管芯装在引 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〈2〉
组成 LED 的主要材料包括：管芯、粘合剂、 金线、支架和环氧树脂。 4.1 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。
6.1 管芯安放 管芯安放工序的目的是用粘合剂把管芯安放 在支架的发射杯中。见图〈10〉 管芯安放后应在硬化炉 中进行粘合剂硬化，硬 化后用推力计抽测其推 力，一般要求推力大于 130g，否则视为粘附不 牢。
二极管发光知识点总结
二极管发光知识点总结一、基本原理二极管发光的基本原理是电子与空穴在P-N结附近发生复合，释放出能量的过程。
当二极管处于正向电压下，电子由N区向P区迁移，空穴由P区向N区迁移。
当电子和空穴在P-N结附近相遇时，它们会发生辐射复合，释放出能量。
这些能量以光子的形式散射出来，即发生发光现象。
二、结构特点二极管发光的结构主要包括LED芯片、导电层、封装材料和外观结构等部分。
LED芯片是二极管发光的核心部件，它由P型半导体、N型半导体和活性区组成。
导电层用于引出电流，通常采用金属线或导电胶。
封装材料用于保护LED芯片，并且改变光的方向，提高光的发散性。
外观结构主要指LED的外形和尺寸。
三、发展历程二极管发光的发展历程可以追溯到20世纪初，当时科学家发现某些半导体器件在通电时会发光。
然而，由于材料和工艺技术的限制，这种发光效果非常微弱，且仅限于红外光和红光。
直到20世纪60年代，科学家才成功研制出蓝、绿、黄等颜色的LED芯片，进一步拓宽了LED的应用范围。
随着技术的不断突破，LED的亮度和发光效率得到了显著提高，使得LED逐渐成为一种重要的光源。
四、应用前景目前，LED的应用已经涵盖了照明、显示、指示、通信和生物医学等领域。
在照明方面，LED具有高亮度、低功耗和长寿命的特点，可以替代传统的白炽灯、荧光灯和卤素灯，成为未来照明市场的主流产品。
在显示方面，LED可以制成各种尺寸和颜色的显示屏，如电视、手机、平板电脑等，具有清晰度高、色彩鲜艳、视角广等优点。
在指示方面，LED可以制成各种颜色和形状的指示灯、警示灯和信号灯，具有亮度高、寿命长、响应快等特点。
在通信方面，LED可以通过调制光的频率和强度来传递信息，具有传输速度快、抗干扰能力强等优点。
在生物医学方面，LED可以用于光疗、激光手术、光检测等领域，具有无辐射、无损伤等特点。
总的来说，LED发光技术在各个领域都有广阔的应用前景，可以提高能源利用率，改善环境质量，促进社会经济的可持续发展。
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。
半导体光电子器件半导体发光二极管教学PPT
0
2
2
4 n s0 则，反射系数可下降为0
若取反射膜厚度 h
0
, 折射率 n s 0 n s n0
1
2
12
2）异质结LED
降低吸收
+
限制层
限制层
1017
1018
有源层
1016
1017
p型限制层掺杂浓度与效率
n型限制层掺杂浓度与效率
n型ⅹ1017
P型ⅹ1017
13
有源层掺杂浓度与效率
# 色散: 由于热能,电子能量略高于EC，空穴能量略低于EV， 所以，发射光子能量
2k 2 2k 2 2k 2 h E C 2m * EV 2m* E g 2m * e h r 1 1 1 m* m* m* r e h
5
二、半导体发光二极管
1.基本结构
少子扩散长度
p n
n+衬底
2.基本工作原理
正偏； 非平衡少子辐射复合； 自发辐射； 能量-动量守恒。
6
E k
a.本征型 直接带隙 动量守恒--效率高； 能量守恒
直接跃迁
k
E k
间接带隙 动量不等-效率低。
直接跃迁
间接跃迁
k
7
b.非本征型
Zn-O
N
施主-受主（几个晶格距离）：
hν ≥ Eg（衬底、表面）--吸收。 GaAs吸收85%，GaP吸收25% 2）斯涅耳（snell）损耗
n S sin S n 0 sin 0 当 0 900时对应的 S即为临界角 C n0 C arcsin nS
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o g i esc
LED输出的光功率（ Pout） 注入LED的电功率（Pin）
ηg：过剩载流子的注入效率 ηi：载流子的辐射复合效率，也叫内量子效率。 ηesc：半导体内的光逸出器件能进入自由空间的效率，也叫 光学（逸出）效率。 LED的输出光功率Pout与注入电流 I 的关系 是反映器件性能优劣的基本特性之一。
i
每秒能发射进自由空间 的光子数 Pout / h 每秒从管芯有源区发出 的光子数 Pin / h
提高光逸出效率是很困难的，通常不采取特殊措施时，不 会超过50%。
4、外量子效率ηext
外量子效率定义为：
每秒能发射进自由空间 的光子数 ext 每秒注入的LED电子数 Pout / h i esc I /q
6、斜率效率ηo
斜率效率是描述LED的P-I特性的重要参量之一。 它定义为LED输出光功率Pout对注入电流IF的一次微分，即
7、荧光效率ηL（视觉响应）
h 1.24ext s dP out / dIF ext q
当LED应用到与人眼视觉相关的场合中时，必须考虑器件 的生物学影响，为此更适合用光度学单位来表示LED的性 能。可以将器件的输出光谱对人眼的影响归一化，这样荧 光效率可以表示为：
8.8.6 提高LED内量子效率的措施
从原理上讲，有两种可能的方法来提高LED的内量子效率： 加大复合辐射概率和降低非辐射复合概率，具体通过以下几 种方法来实现： （1）采用晶格匹配的双异质结构； （2）选取适当的有源区掺杂浓度； （3）选取适当的限制层掺杂浓度； （4）控制pn结偏移的影响；
（5）降低非辐射复合的影响。
可见，外量子效率是内量子效率与光逸出效率的乘积。
5、外功率效率ηo
外功率效率定义为：
Pout o I F V j
其中，IF为正向注入电流，Vj为pn结的偏置电压，Vj=VF-RIF， VF是正向偏置电压，R是电路中宗的串联电阻，IF与Vj的乘积 为提供给LED的电功率，所以外功率也叫插座（wallplug）效 率，转换效率即LED的总效率。
p-n结注入式电致发光机理 （结型电致发光） 按照半导体材料不同形成的p-n结来进行 电致发光的情况，可分为两类：
同质p-n结注入式电致发光
异质p-n结注入式电致发光
8.7.4 温度对LED的电学性质的影响
温度对二极管正向驱动电压也有影响。 对非简并半导体，在正向偏压下，肖克莱方程可写成：
其中，n c r和 n c d 分别为光纤芯和包层的折射率，N.A为光 纤的数值孔径。若认为LED发出的光在空间满足余弦分布， 且满足分步范围在0~π/2，则耦合进光纤的光的效率为：
2
2
2
2
i sin A
2
LED与光纤的耦合效率很低，只有10%左右，所以提高耦 合效率是LED结构设计研究的重要课题之一。
qV (T ) ( Eg (T )) I I s exp[ ] kT
*
由此可得：
kT I Eg (T ) V (T ) ln * q IS q
* s
其中： I qA(
Dp N c N v Lp N D
Dn Nc Nv ) Ln N A
8.8.1 P-I特性和不同定义下得光发射效率
1、注பைடு நூலகம்效率ηg
对于一个不对称的n+-P结，电子注入是主要的，注入到结的 P型侧的电子电流是二极管总电流的一部分，即：
Dn n po / Ln jn g jn j p Dn n po / Ln Dp pno / Lp
由此可得：
g (1
D p Pno Ln Dn n po Lp
3、光逸出效率ηesc
从LED管芯有源区发出的光子不是都能逸出到管子外面的 自由空间区的，存在各种损耗因素。例如，从管芯发出的 光会被衬底再吸收，发射的光可能入射到金属接触的表面 而被反射吸收，还有从半导体表面发出的光，当期角度大 于临界角时会发生全内反射。这样，管芯发射的光不能全 部逸出管外，为此定义光逸出功率为：
)
1
爱因斯坦关系
质量作用定律
p Ppo Ln 1 g (1 ) n nno Lp
2、内量子效率ηi
LED的内量子效率定义为：
每秒从有源区发射的光 子数 Pin / h i 每秒注入LED的电子数 I/q
其中，Pin是从LED有源区发射的光功率，I是注入电 流。 对于直接带隙半导体的同质结器件，内量子效率一般 为50%，双异质结结构器件的ηi可达60%~80%。 对间接带隙半导体，ηi很低，掺入等电子杂质中心后， 复合只能靠杂质能级发生，。
（2）选取适当的有源区掺杂浓度
（1）采用晶格匹配的双异质结 构
在异质结构中，有源层与限制层（包层）的晶格常数匹配 是必要条件（应变量子阱结构除外）。晶格失配会产生悬 挂键，形成失配位错线，载流子在这些位错上会发生非辐 射复合，因此内量子效率就随晶格失配的增加而降低。 实验结果表明，当晶格失配率超过了3Χ10-3时，LED的输 出光功率急剧下降。
L V ( )P0 ( )d / P0 ( )d
P0(λ)是LED的发射谱，V(λ)是眼睛的明视觉响应谱。
8、LED光纤的耦合效率ηf
在LED地某些应用中，需要将光耦合进光纤，这时存在一个 耦合效率，如果光纤维最大接受叫，则根据计算得到：
A arcsin(ncr ncd )1/ 2 arcsin(N . A)
8.5 半导体LED的工作原理
当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到 N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近 数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生 自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴 所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出 的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光 的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极 管。