半导体发光器件-ld和led

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1、第四章半导体发光器件4.1发光二极管LED4.2半导体激光器LD4.1发光二极管（LED）发光二极管（LightEmittingDiode），简称LED，是一种能将电能转换为光能的半导体器件（固态发光元件），由磷化镓、砷化镓、磷砷化镓、砷磷化镓等半导体材料制成。一、发光二极管的工作原理和结构[回顾]工作原理LED本质上是一种ＰＮ结半导体器件，其发光原理为低电场下的注入式电致发光：加电场-》载流子扩散-》复合发光发光波长由PN结的禁带宽度Eg决定，即取决于材料的性质。P区和N区发光的比例由LED的材料、结构和掺杂决定。2.LED的结构：采用半导体工艺在衬底上制

2、作p-n结，然后制作Al电极，接着在半导体衬底一面蒸镀Au－Ge电极，制得芯片，封装芯片，焊到管座上，由超声波焊接或热压焊引出电极，最后涂覆透明的环氧树脂。发光二极管的构成：管芯支架、管芯晶片、金线、环氧树脂1）单色LED：P3图1-22）白光LED白光LED1：图1白光LED2：图2二、发光二极管的分类发光二极管的种类很多：（1）按材料分可分为砷化镓LED、磷砷化镓LED、磷化镓发LED、砷铝化镓LED等。（2）按发光二极管的发光颜色分可分为红色、绿色、黄色、橙色等可见光发光二极管以及不可见的红外发光二极管。（3）按发光效果分按发光效果可分为固定颜色LED

3、和变色LED两类，其中变色LED包括双色和三色等。（4）按发光二极管的封装外形分按发光二极管的封装外形可分为圆柱形、矩形、方形、三角形、组合形发光二极管。其中圆形发光二极管的外径有Φ2~Φ20mm等多种规格，常用的有Φ3mm、Φ5mm等。（5）按封装形式分按封装形式有可分为:有色透明封装（C）无色透明封装（T）有色散射封装（D）无色散射封装（W）（6）按封装材料分按封装材料的不同可分为塑料封装陶瓷封装金属封装树脂封装无引线封装常见发光二极管的外形图（1）最大工作电流IFMIFM是指发光二极管长期正常工作所允许通过的最大正向电流。使用中不能超过此值，否则将会烧

4、毁发光二极管。（2）最高反向电压URMURM是指发光二极管在不被击穿的前提下，所能承受的最大反向电压。使用中不应使发光二极管承受超过此参数值，否则发光二极管将可能被击穿。最大峰值电流和最高反向电压通常与环境温度相关。三、可见光发光二极管的特性（主要参数）1.绝对最大额定值发光二极管的主要参数有最大工作电流IFM和最高反向电压URM。此外，容许损耗、工作温度、保存温度、焊接温度等在使用时也必须注意。注意：尽管在额定值范围内使用,一般不会损坏LED，但为了延长器件的使用寿命和提高可靠性，合理的使用值通常低于额定值的一定范围（<~60%）。2.LED的特性1）I～

5、V特性其正向I～V特性与普通二极管大致相同图发光二极管的电流-电压特性Foridealdiode,currentflowsonlyonewayRealdiodeisclosetoidealIdealDiode上升电压：GaAs~1.VGaAsP/GaAlAs~1.5VGaP~1.8VGaN~2.5VINGaN~3.0V反向击穿电压一般在十几伏~几十伏非线性、整流特性单向导电性：正向低接触电阻，反向高接触电阻2）B～V特性和B～I特性（发光强度与正向电流特性）LED的发光亮度B与电压V的关系，用下式表示：LED的B～I特性用下式表示：一般地，在流过额定电流值以

6、内的情况，大体可认为发光强度与I成正比，斜率K与发光材料有关。（不过也有例外，如GaP(红光)当少数载流子密度达到一定的数值时会使发光中心饱和）3）发光强度-环境温度特性由于发光复合几率具有温度依赖性，一般地，环境温度上升，亮度下降；温度增加1度，发光效率减小1％，当LED消耗功率大，则结温上升，输出亮度下降，使得发光强度随电流I不再线性增长，而是呈现热饱和现象。所以减小功耗，改良散热条件很重要。一般工作在小电流IF＜10mA，或者10~20mA长时间连续点亮LED温升不明显。此外，若环境温度较高，LED的主波长或λp就会向长波长漂移，BO也会下降，尤其是点

7、阵、大显示屏的温升对LED的可靠性、稳定性影响应专门设计散射通风装置。4）发射光谱描述LED发射光谱分布的两个主要参量：峰值波长λmax与半高宽Δλ（单色性指标）。例：III-V族化合物半导体的光谱半高宽大多在30~50nm，对GaAs1-xPx和Ga1-xAlxAs由于x不同，λmax＝620～680nm，Δλ＝20～30nm；对GaP（红）:λmax＝700nm，Δλ＝10nm；对GaP（绿）:λmax＝570nm，Δλ＝25nm。窄的半高宽可以使得色彩感更敏锐。器件工作时的温度会影响发射光谱，随着温度升高，Δλ变大，λmax也会发生漂移0.3~0.4n

8、m/度，Δλ在光通信中是一个很重要的参量。LED的光