LED芯片的发光原理与分类

　　一、LED历史

　　50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，1962年，通用电气公司的尼克•何伦亚克（NickHolonyakJr.）开发出第一种实际应用的可见光发光二极管。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材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，即固体封装，所以能起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。

　　最初LED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。以12英寸的红色交通信号灯为例，在美国本来是采用长寿命、低光效的140瓦白炽灯作为光源，它产生2000流明的白光。经红色滤光片后，光损失90%，只剩下200流明的红光。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瓦，即可产生同样的光效。 汽车信号灯也是LED光源应用的重要领域。

　　二、LED芯片原理

　　LED（Light EmitTIng Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。

　　三、LED芯片的分类

　　1.MB芯片定义与特点

　　定义：Metal Bonding（金属粘着）芯片；该芯片属于UEC的专利产品。

　　特点：

　　（1）采用高散热系数的材料---Si作为衬底，散热容易。

　　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）通过金属层来接合（wafer bonding）磊晶层和衬底，同时反射光子，避免衬底的吸收。

　　（3）导电的Si衬底取代GaAs衬底，具备良好的热传导能力（导热系数相差3~4倍），更适应于高驱动电流领域。

　　（4）底部金属反射层，有利于光度的提升及散热。

　　（5）尺寸可加大，应用于High power领域，eg:42mil MB。

　　2.GB芯片定义和特点

　　定义：Glue Bonding（粘着结合）芯片；该芯片属于UEC的专利产品。

　　特点：

　　（1）透明的蓝宝石衬底取代吸光的GaAs衬底，其出光功率是传统AS（Absorbable structure）芯片的2倍以上，蓝宝石衬底类似TS芯片的GaP衬底。

　　（2）芯片四面发光，具有出色的Pattern图。

　　（3）亮度方面，其整体亮度已超过TS芯片的水平（8.6mil）。

　　（4）双电极结构，其耐高电流方面要稍差于TS单电极芯片。

　　3.TS芯片定义和特点

　　定义：transparent structure（透明衬底）芯片，该芯片属于HP的专利产品。

　　特点：

　　（1）芯片工艺制作复杂，远高于AS LED。

　　（2）信赖性卓越。

　　（3）透明的GaP衬底，不吸收光，亮度高。

　　（4）应用广泛。

　　4.AS芯片定义与特点

　　定义：Absorbable structure （吸收衬底）芯片；经过近四十年的发展努力，台湾LED光电业界对于该类型芯片的研发、生产、销售处于成熟的阶段，各大公司在此方面的研发水平基本处于同一水平，差距不大。

　　大陆芯片制造业起步较晚，其亮度及可靠度与台湾业界还有一定的差距，在这里我们所谈的AS芯片，特指UEC的AS芯片，eg： 712SOL-VR， 709SOL-VR， 712SYM-VR，709SYM-VR等。

　　特点：

　　（1）四元芯片，采用MOVPE工艺制备，亮度相对于常规芯片要亮。

　　（2）信赖性优良。

　　（3）应用广泛。

　　四、LED芯片材料磊晶种类

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

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

　　3.MOVPE：Metal Organic Vapor Phase Epitaxy （有机金属气相磊晶法） AlGaInP、GaN

　　4.SH：GaAlAs/GaAs Single Heterostructure（单异型结构）GaAlAs/GaAs

　　5.DH：GaAlAs/GaAs Double Heterostructure（双异型结构） GaAlAs/GaAs

　　6.DDH：GaAlAs/GaAlAs Double Heterostructure（双异型结构） GaAlAs/GaAlAs

　　五、LED芯片组成及发光

　　LED晶片的组成：主要有砷（AS）铝（AL）镓（Ga）铟（IN）磷（P）氮（N）锶（Ｓi）这几种元素中的若干种组成。

　　LED晶片的分类：

　　1、按发光亮度分：

　　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、不可见光（红外线）：R、SIR、VIR、HIR

　　E、红外线接收管：PT

　　F、光电管：PD

　　2、按组成元素分：

　　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、铝、镓、铟）：SRF、HRF、URF、VY、HY、UY、UYS、UE、HE、UG

　　3.LED晶片特性表：

　　LED晶片型号发光颜色组成元素波长（nm）

　　SBI蓝色lnGaN/sic 430 HY超亮黄色AlGalnP 595

　　SBK较亮蓝色lnGaN/sic 468 SE高亮桔色GaAsP/GaP 610

　　DBK较亮蓝色GaunN/Gan 470 HE超亮桔色AlGalnP 620

　　SGL青绿色lnGaN/sic 502 UE最亮桔色AlGalnP 620

　　DGL较亮青绿色LnGaN/GaN 505 URF最亮红色AlGalnP 630

　　DGM较亮青绿色lnGaN 523 E桔色GaAsP/GaP635

　　PG纯绿GaP 555 R红色GAaAsP 655

　　SG标准绿GaP 560 SR较亮红色GaA/AS 660

　　G绿色GaP 565 HR超亮红色GaAlAs 660

　　VG较亮绿色GaP 565 UR最亮红色GaAlAs 660

　　UG最亮绿色AIGalnP 574 H高红GaP 697

　　Y黄色GaAsP/GaP585 HIR红外线GaAlAs 850

　　VY较亮黄色GaAsP/GaP 585 SIR红外线GaAlAs 880

　　UYS最亮黄色AlGalnP 587 VIR红外线GaAlAs 940

　　UY最亮黄色AlGalnP 595 IR红外线GaAs 940