LED结构原理与应技术.ppt

《LED结构原理与应技术.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第三章1半导体基础知识2LED基础知识12LED基础知识3.3　LED的基本结构3.4　LED的发光原理3.5　LED的光学特点3.6　高亮度LED芯片的产量3.7　两类高亮度LED的增长率3.8　LED芯片的制作及分类3.9　LED的技术现状及发展趋势23.4发光机理白炽灯是把被加热钨原子的一部分热激励能转变成光能，发出宽度为1000nm以上的白色连续光谱。发光二极管（LED）却是通过电子在能带之间的跃迁，发出频谱宽度在几百nm以下的光。在构成半导体晶体的原子内部，存在着不同的能带。如果占据高能带（导

2、带）的电子跃迁到低能带（价带）上，就将其间的能量差（禁带能量）以光的形式放出。这时发出的光，其波长基本上由能带差所决定。3基础知识一.光的特性.1.光具有粒子性①光是一种以光速C运动着的粒子流，这种粒子叫光子。②光的能量是集中在光子中，光子具有一定的频率，其一个光子具有的能量为E=hf=γh.（f:光子具有一定的频率）4二．原子的能级结构A晶体的能带1．孤立原子的能级：在原子中存在着一个个分立能级，电子只能存在于这些分立的能级之上。2．两个原子的能级：每个能级已经分裂成为两个彼此靠的很近的能级。3．大量

3、原子能带：电子不再属于个别原子，它一方面围绕每个原子运动，同时电子做共有化运动，相同能量的能级已变成许多靠得很近，分裂能级——形成带状，称为能带。4．晶体能带：半导体是由大量原子有次序的周期性排列的晶体。5晶体的能带图EcEfEv导带Ec：空着没有电子，是自由电子占据的能带禁带Eg：无电子占据的能带Eg价带Ev：形成化学价的电子占据的能带满带Ec：填满电子的能带注：Eg=Ec-Ev61.玻耳兹曼统计分布在热平衡条件下，各能级上的原子数服从玻耳兹曼统计分布:式中：N2为处于高能级E2上的原子数；Nl为处于

4、低能级E1（基态）上的原子数72.Femi统计规律在热平衡状态时，粒子在各能级之间的分布应服从费米统计规律。f（E）＝1/[1＋exp（E-Ef）/K0T]f（E)—能量为E被电子占据的机率（概率）Ef—费米能级。它与物质的特性有关，它只是反映电子在各个能级中分布情况的一个参量（它是抽象的不存在的一个能级）。结论：N3E2>E1粒子数随能级的增高，按指数减少。8半导体的能带和电子分布（a）本征半导体；（b）N型半导体；（c）P型半导体B．半导体的能带图9三．光的辐射和吸收—能级的跃进

5、爱因斯坦于1917年根据辐射与原子相互作用量子学论提出:光与物质相互作用将发生自发辐射、受激辐射、受激吸收三种物理过程。10(a)自发辐射(b)受激吸收(c)受激辐射图4-2能级和电子的跃迁111.自发辐射(sp)设E2>E1。处于高能级E2的电子是不稳定的，它将按一定的概率，自发地（无外界辐射）向低能E1上跃迁，并在跃迁的过程中发射出一个频率为f，能量为ε的光子。特点：自发辐射是独立自发跃迁,产生光为非相干光,且光子之间互不相干.释放光子的能量ε=E2-E1=hf发射光子的频率f=(E2-E1)/h;

6、12自发辐射---LED工作原理如果把电流注入到半导体中的P-N结上，则原子中占据低能带的电子被激励到高能带后；当电子从高能带跃迁到低能带时，将自发辐射出一个光子，其能量为hv。电子从高能带跃迁到低能带把电能转变成光能的器件叫LED。13自发辐射的光是一种非相干光：当电子返回低能级时，它们各自独立地分别发射一个一个的光子。因此，这些光波可以有不同的相位和不同的偏振方向，它们可以向各自方向传播。同时，高能带上的电子可能处于不同的能级，它们自发辐射到低能带的不同能级上，因而使发射光子的能量有一定的差别，

7、使这些光波的波长并不完全一样。14LED的主要工作原理对应光的自发发射过程，因而是一种非相干光源。LED发射光的谱线较宽、方向性较差，本身的响应速度又较慢，所以只适用于速率较低的通信系统及各种照明中。在高速、大容量的光纤通信系统中主要采用半导体激光器作光源。发光二极管LED152.受激吸收处于低能级的电子，当受到外来的频率光f的感应，即用f＝（E2－E1）/h的光子照射时，原子中电子可以吸收光子的能量从低能级向高能级跃迁这个过程叫受激吸收。16受激吸收--光接收器件原理如果把光照射到占据低能带的电子上；

8、则该电子吸收光子能量后，激励而跃迁到较高的能带上。在半导体PN结上外加电场后（反向电压），可以在外电路上取出处于高能带上的电子，使光能转变为电流。这就是将在后面章节中叙述的光接收器件。173.受激辐射（st）处于高能E2的电子受到外来光子hf的感应，发射一个与感应光子一模一样的全同光子即频率、相位、偏振方向和传播方向相同。受激辐射条件：外来光子的能量hf外≥E2-E1特点：外来光子与感应光子为全同光子.结论：如果外来光子代表的是输入光波，则