半导体发光二极管基本知识

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1、f389ad47a7589c60352fda2ef75b3221.doc-16-半导体发光二极管基本知识自从60年代初期GaAsP红色发光器件小批量出现进而十年后大批量生产以来，发光二极管新材料取得很大进展。最早发展包括用GaAs1-xPx制成的同质结器件，以及GaP掺锌氧对的红色器件，GaAs1-xPx掺氮的红、橙、黄器件，GaP掺氮的黄绿器件等等。到了80年代中期出现了GaAlAs发光二极管，由于GaAlAs材料为直接带材料，且具有高发光效率的双异质结结构，使LED的发展达到一个新的阶段。这些GaAlAs发光材料使LED

2、的发光效率可与白炽灯相媲美，到了1990年，Hewlett-Packard公司和东芝公司分别提出了一种以AlGaIn材料为基础的新型发光二极管。由于AlGaIn在光谱的红到黄绿部分均可得到很高的发光效率，使LED的应用得到大大发展，这些应用包括汽车灯（如尾灯和转弯灯等），户外可变信号，高速公路资料信号，户外大屏幕显示以及交通信号灯。近几年来，由于CaN材料制造技术的迅速进步，使蓝、绿、白LED的产业化成为现实，而且由于芯片亮度的不断提高和价格的不断下降，使得蓝、绿、白LED在显示、照明等领域得到越来越广泛的应用。本课程将介绍

3、LED的基本结构、LED主要的电学、光度学和色度学参数，并简单介绍LED制造主要工艺过程。1.发光二极管（LightEmittingDiode）的基本结构图<1>是普通LED的基本结构图。它是用银浆把管芯装在引线框架（支架）上，再用金线把管芯的另一侧连接到支架的另一极，然后用环氧树脂封装成型。组成LED的主要材料包括：管芯、粘合剂、金线、支架和环氧树脂。1.1管芯事实上，管芯是一个由化合物半导体组成的PN结。由不同材料制成的管芯可以发出不同的颜色。即使同一种材料，通过改变掺入杂质的种类或浓度，或者改变材料的组份，也可以得到不

4、同的发光颜色。下表是不同颜色的发光二极管所使用的发光材料。图<1>普通LED基本结构图表<1>不同颜色的发光二极管所使用的发光材料发光颜色使用材料波长-16-f389ad47a7589c60352fda2ef75b3221.doc-16-普通红磷化镓（GaP）700高亮度红磷砷镓(GaAsP)630超高亮红镓铝砷(GaAlAs)660超高亮红镓铟铝磷(AlGaInP)625-640普通绿、黄绿磷化镓（GaP）565-572高亮绿镓铟铝磷(AlGaInP)572超高亮绿氮化镓(InGaN)505-540普通黄、橙磷砷镓(GaA

5、sP)590,610超高亮黄、橙镓铟铝磷(AlGaInP)590-610蓝氮化镓(InGaN)455-480紫氮化镓(GaN)400,430白氮化镓+荧光粉460+YAG红外砷化镓(GaAs)>780图<2>是LED芯片图形。多数管芯正面为P面，连接到电源的正极，背面为N面，连接到电源的负极（(GaAlAs芯片正面为N，背面为P；以蓝宝石衬底的蓝、绿芯片P、N都在正面)。约在管芯2/3高处，是P区和N区的交界处，称PN结。当有电流通过PN结时产生发光，发光颜色取决于芯片材料，而发光强度除了和材料有关外，还和通过PN结电流的大

6、小以及封装形式有关。电流越大，发光强度越高，但当电流达到一定程度时出现光的饱和，这时电流再增加，光强不再增加。1.2粘合剂粘合剂的作用是把管芯粘在支架的反射杯上，一般使用导电银浆作为粘合剂，但对于蓝宝石衬底的芯片，因两个电极都在正面，因此使用绝缘胶作为粘合剂。银浆有单组份和双组份两种，目前使用的银浆大都为单组份银浆，这种银浆必须在低温下保存。粘合剂的性能对制品的可靠性及透光效果有直接影响，因此，必须根据实际情况，选择合适的粘合剂，并注意应在规定的期限内使用。1.3金线金线的作用是把管芯的电极连接到支架上。主要有φ25μm和φ

7、30μm两种规格，一般场合使用φ25μm金线，对于通过电流较大，可靠性要求较高的场合，则使用φ30μm金线。1.4支架-16-f389ad47a7589c60352fda2ef75b3221.doc-16-支架也即LED的外引线,一般使用基体为铁并镀银的支架，但有时为了提高制品的散热性能，则使用基体为铜的支架，当然，其材料成本也相应增加。1.5环氧树脂LED采用环氧树脂作为封装材料。环氧树脂的性能对LED的光电特性尤其是可靠性有很大影响。它的选择必须充分考虑其可靠性、出光效果、工艺可行性及价格等。目前国内较常用的是台湾产的E

8、P系列环氧树脂，而我公司外加工线则较多使用日本产的502、512、514等树脂。502树脂的流动性较好，但出光效果较差，512树脂的出光效果好，但粘度较高，工艺可行性差，可靠性也较差，514树脂的最大优点是耐热性能好，因此，常用于可靠性要求较高的制品。树脂分为主剂和硬化剂两部分，有的树脂在