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LED芯片原理與基礎知識大全

：2023-05-06 ：333

一、LED簡史

半導體材料能産生光的基礎知識早在50年以前就已被人們所認識,1962年通用電氣公司尼克•何倫亞克（NickHolonyakJr.）研制成功了第一個在實際中使用的可見光發光二極管。LED是英文light emitting diode（發光二極管）的英文縮寫，其基本結構是一塊電緻發光的半導體材料，将其放置在帶有引線的貨架中，再在其周圍采用環氧樹脂進行封閉，也就是固體進行封裝，因此可以對内部芯線進行防護，從而使得LED具有良好的抗震性能。

最初LED用作儀器儀表的指示光源，後來各種光色的LED在交通信号燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應用，産生了很好的經濟效益和社會效益。以12英寸的紅色交通信号燈爲例，在美國本來是采用長壽命、低光效的140瓦白熾燈作爲光源，它産生2000流明的白光。經紅色濾光片後，光損失90%，隻剩下200流明的紅光。而在新設計的燈中，Lumileds公司采用了18個紅色LED光源，包括電路損失在内，共耗電14瓦，即可産生同樣的光效。汽車信号燈也是LED光源應用的重要領域。

二、LED芯片原理

LED(Light Emitting Diode)，發光二極管，是一種固态的半導體器件，它可以直接把電轉化爲光。LED的心髒是一個半導體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環氧樹脂封裝起來。半導體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導體，在它裏面空穴占主導地位，另一端是N型半導體，在這邊主要是電子。但是當兩個半導體連接在一起時，則會産生“P-N結”。電流經過導線作用到該晶片時，将電子推到P區,P區中電子跟随空穴一起複合，再以光子方式發射能量，即LED發光原理。而光線波長亦即光線顔色則由構成P-N結物質所決定。

三、LED芯片的分類

1、MB芯片定義與特點
定義：Metal Bonding(金屬粘着)芯片;該芯片屬于UEC的專利産品。

特點：(1)采用高散熱系數的材料---Si作爲襯底，散熱容易。Thermal Conductivity;GaAs：46W/m-K;GaP：77W/m-K;Si：125～150W/m-K;Cupper:300~400W/m-k;SiC：490W/m-K(2)通過金屬層來接合(wafer bonding)磊晶層和襯底，同時反射光子，避免襯底的吸收。(3)導電的Si襯底取代GaAs襯底，具備良好的熱傳導能力(導熱系數相差3~4倍)，更适應于高驅動電流領域。(4)底部金屬反射層，有利于光度的提升及散熱。(5)尺寸可加大，應用于High power領域，eg:42mil MB。

2、GB芯片定義和特點
定義：Glue Bonding(粘着結合)芯片;該芯片屬于UEC的專利産品。

特點：(1)透明的藍寶石襯底取代吸光的GaAs襯底，其出光功率是傳統AS(Absorbable structure)芯片的2倍以上，藍寶石襯底類似TS芯片的GaP襯底。(2)芯片四面發光，具有出色的Pattern圖。(3)亮度方面，其整體亮度已超過TS芯片的水平(8.6mil)。(4)雙電極結構，其耐高電流方面要稍差于TS單電極芯片。

3、TS芯片定義和特點

定義：transparent structure(透明襯底)芯片，該芯片屬于HP的專利産品。

特點：(1)芯片工藝制作複雜，遠高于AS LED。(2)信賴性卓越。(3)透明的GaP襯底，不吸收光，亮度高。(4)應用廣泛。

4、AS芯片定義與特點
定義：Absorbable structure（吸收襯底）芯片；通過近四十年來的發展和努力，台灣LED光電業界對這類芯片的開發，生産和銷售正處在一個成熟階段，各大企業在這方面的研發水平也基本上是相同的，相差并不大。

大陸芯片制造業起步晚，亮度和可靠度和台灣業界相比仍有一定距離，本文中AS芯片專指UEC中AS芯片、eg:712SOL-VR、709SOL-VR和712SYM-VR和709SYM-VR。

特點：(1)四元芯片，采用MOVPE工藝制備，亮度相對于常規芯片要亮。(2)信賴性優良。(3)應用廣泛。

四、LED芯片材料磊晶種類

1.LPE：Liquid Phase Epitaxy(液相磊晶法) GaP/GaP

2.VPE：Vapor Phase Epitaxy(氣相磊晶法) GaAsP/GaAs

3.MOVPE：Metal Organic Vapor Phase Epitaxy (有機金屬氣相磊晶法) AlGaInP、GaN

4.SH：GaAlAs/GaAs Single Heterostructure(單異型結構)GaAlAs/GaAs

5.DH：GaAlAs/GaAs Double Heterostructure(雙異型結構) GaAlAs/GaAs

6.DDH：GaAlAs/GaAlAs Double Heterostructure(雙異型結構) GaAlAs/GaAlAs

五、LED芯片組成及發光

1.LED晶片的組成：

主要有砷(AS)鋁(AL)镓(Ga)铟(IN)磷(P)氮(N)锶(Si)這幾種元素中的若幹種組成。

2.LED晶片的分類：

（1）按發光亮度分：

A、一般亮度：R、H、G、Y、E等

B、高亮度：VG、VY、SR等

C、超高亮度：UG、UY、UR、UYS、URF、UE等

D、不可見光(紅外線)：R、SIR、VIR、HIR

E、紅外線接收管：PT

F、光電管：PD

（2）按組成元素分：

A、二元晶片(磷、镓)：H、G等

B、三元晶片(磷、镓、砷)：SR、HR、UR等

C、四元晶片(磷、鋁、镓、铟)：SRF、HRF、URF、VY、HY、UY、UYS、UE、HE、UG

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