LED+培训资料(一)

LED 培训资料（一）

编写:LED 研发部

大纲：

一、了解光和LED诠释、历史简介

二、了解LED原物料和制造工艺

三、了解LED应用领域和产品

浙江佳宏电子科技有限公司

2010年2月3日

一、了解光和LED诠释、LED历史简介

1、光的本质、物体发光方式

光是一种能量的形态，它可以从一个物体传播到另一个物体，无需任何物质作媒介。通常将这种能量的传递方式谓之辐射，其含义是能量从能源出发沿直线（在同一介质内）向四面八方传播。关于光的本质，早在十七世纪中叶就被牛顿与麦克斯韦分别以“微粒说”、“波动说”进行了详细探讨，并成为当前所公论的光具有“波粒二重性”的理论基础。约100 多年前，人们又进一步证实了光是一种电磁波，更严格地说，在极为宽阔的电磁波谱大家族中，可见光的光波只占有很小的空间，其波长范围处在380nm-770nm之间包含了人眼可辩别的紫、锭、蓝、绿、黄、橙、红七种颜色，它的长波方向是波长范围在微米量级至几十千米的红外线、微波及无线电波区域；它的短波端是紫外线、x 射线、r 射线。

物体的发光方式通常可分成二类，即热光与冷光。所谓热光又称之谓热辐射，是指物

质在高温下发出的热。在热辐射的过程中，特内部的能量并不改变，通过加热使辐射得以进行下去，低温时辐射红外光、高温时变成白光。众所周知，当钨丝在真空式惰性气氛中加热至很高的温度，即会发出灼眼的白光。

冷光是从某种能源在较低温度时所发出的光。发冷光时，某个原子的一个电子受外力作用从基态激发到较高的能态。由于这种状态是不稳定的，该电子通常以光的形式将能量释放出来，回到基态。由于这种发光过程不伴随物体的加热，因此将这种形式的光称之为冷光。

其实，太阳光就是一种最为常见的白光，三棱镜可将太阳光分解成上述的七种颜色，实验已证明，只要采用其中的蓝、绿、红三种颜色，即可合成自然界中所有色彩，包括白色的光，我们通常将蓝、绿、红三种颜色称之为三原色。

按物质的种类与激发的方式不同，冷光可分为各种生物发光、化学发光、光致发光、阴极射线发光、场致发光、电致发光等多种类别。电致发光是一种直接电能转换成光能的过程。这种发光不存在尤如白炽灯那样先将电能转变成热能，继而使物体温度升高而发光的现象，故将这种光称之为冷光，LED就属于这类发光过程。

2、LED诠释

LED是英文light emitting diode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体晶片材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用透镜灌封硅胶密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。

LED 作为一个电致发光的PN结器件，其特性可用PN结的电学参数，以及作为一个发光器件的光学参数来进行描述。伏安特性是描述一个PN 结器件的重要参数，它是PN 结性能，PN结制作工艺优劣的重要标识。所谓伏安特性，即是流过PN结的电流随电压变化的特性，在示波器上能十分形象地展示这种变化。一根完整的伏安曲线包括正向特性与反向特性。通常，反向特性曲线变化较为陡峭，当电压超过某个阈值时，电流会出现指数式

上升。通常可用反向击穿电压，反向电流和正向电压三个参数来进行伏安特性曲线的描述。正向电压VF 是指额定正向电流下器件二端的电压降，这个值与材料的禁带宽度有关，同时也标识了PN结的体电阻与欧姆接触电阻的高低。VF 的大小一定程度上反映了电极制作的优劣。相对于350毫安的正向电流，红黄光类LED 的VF 值约为2 伏，而蓝绿光类LED 器件的VF 值通常大于3 伏。反向漏电流IR 是指给定的反向电压下流过器件的反向电流值，这个值的大小十分敏感于器件的质量。通常在 5 伏的反向电压下，反向漏电流应不大于是10 微安，IR 过大表明结特性较差。反向击穿电压是指当反向电压大于某一值时，反向漏电电流会急剧增大，反映了器件反向耐压的特性。对一个具体器件而言，漏电流大小的标准有所不同，在较为严格的情况下，要求在规定电压下，反向漏电流不大于10 微安。

3、LED 的发展历史

半导体PN结发光现象的发现，可追溯到上世纪二十年代，法国科学O.W.Lossow 在研究SiC检波器时，首先观察到了这种发光现象。由于当时在材料制备、器件工艺技术上的限制，这一重要发现没有被迅速利用。直至20世纪60年代初，随着Ⅲ-Ⅴ族材料与器件工艺的进步，人们终于研制成功了具有实用价值的发射红光的GaAsP 发光二级管，并被GE 公司大量生产用作仪器表指示。此后由于GaAs、Gap 等材料研究与器件工艺的进一步发展，除深红色的LED外，包括橙、黄、黄绿等各种色光的LED 器件也大量涌现于市场。出于多种原因，Gap、GaAsP 等LED 器件的发光效率很低，光强通常在10mcd 以下，只能用作室内显示之用。虽然AlGaAs 材料进入间接跃进型区域，发光效率迅速下降。

跟随着半导体材料及器件工艺的进步，特别是MOCVD 等外延工艺的日益成熟，至上世纪九十年代初，日本日亚化学公司（Nichia）与美国的克雷（Cree）公司通过MOCVD 技术分别在蓝宝石与SiC 衬底上生长成功了具有器件结构的GaN 基LED 外延片，并制造了亮度很高的蓝、绿及紫光LED 器件。超高亮LED 的第二个特征是发光波长的扩展，InGaAlP 器件的出现使发光波段向短波扩展到570nm 的黄绿光区域，而GaN 基器件更使发光长短扩至绿、蓝、紫波段。

对于一般照明而言，人们更需要白色的光源。1998年发白光的LED开发成功。这种LED是将GaN芯片和钇铝石榴石（YAG）封装在一起做成，GaN芯片发蓝光（λp=465nm，Wd=30nm），高温烧结制成的含Ce3+的YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光发射，峰值550nm。蓝光LED基片安装在碗形反射腔中，覆盖以混有YAG的树脂薄层，约200-500nm。LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，可以得