4LED的发光原理解析

LED的封装、检测与应用LED的发光原理LED的发光原理LED的发光材料

LED的发光材料主要为Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体。

LED发光材料及相应应用领域

分类材料应用领域可见光LED(450~780nm)传统亮度红黄光GaP、GaAsP、AlGaAs家电、信息产品、通讯产品、消费性电子产品高亮度AlGaInP

(红、橙、黄光)大型广告牌、交通标志、背光源、汽车灯GaInN

(蓝、绿光)GaInN+荧光粉(白光)照明用不可见光LED

红外线LED(850~950nm)GaAs、GaAlAs红外无线通信IrDA模块、摇控器光通讯LED/LD(1300~1550nm)GaAlAs光通讯用光源LED的发光原理Ⅲ-Ⅴ族化合物所含元素

镓Ga（Ⅲ族）银白色金属，熔点29.78℃。沸点2403℃。化合价2和3。高温时能与大多数金属作用,宜存放于塑料容器中。它凝固时膨胀,通常是作为从铝土矿中提取铝或从锌矿石中提取锌时的副产物得到的或在自然界中常以微量分散于铝于矿、闪锌矿等矿石中。由铝土矿中提取制得。用来制作光学玻璃、真空管、半导体的原料。装入石英温度计可测量高温。加入铝中可制得易热处理的合金。镓和金的合金应用在装饰和镶牙方面。也用来作有机合成的催化剂。可用于半导体工业，发光二极管和砷化镓激光二极管。镓在地壳中含量高于锑、银、铋、钨和钼，常和铝、锌、锗的矿物共生。目前，氧化铝生产中的循环母液是提取镓的主要原料。砷As（Ⅴ族）砷在地壳中有时以游离状态存在，不过主要是以硫化物矿的形式存在如雌黄（As2S3）、雄黄（As2S2）和砷黄铁矿（FeAsS），由三氧化二砷用碳还原而制得。最常见的化合物为砷的氢化物AsH3或称胂。砷以三价和五价状态存在于生物体中，三氧化二砷在我国古代文献中称为砒石或砒霜。铟In（Ⅲ族），银白色金属，主要以微量存在于锡石和闪锌矿中，用化学法或电解法由闪锌矿制得。质软，能拉成细丝。铟锭因其光渗透性和导电性强，主要用于生产ITO靶材（用于生产液晶显示器和平板屏幕），这一用途是铟锭的主要消费领域，占全球铟消费量的70%。其次的几个消费领域分别是：电子半导体领域，占全球消费量的12%；焊料和合金领域占12%；研究行业占6%。中国是世界上铟锭主要生产地，主要集中在云南（40%）。铟比铅还毒。LED的发光原理相关理论半导体单晶能带理论。须要驾驭的概念：能带的概念；价带、导带与禁带的概念；如何有效半导体的导电性能？载流子的复合方式。LED的发光原理1、能带的形成（1）单晶体中外层电子的公有化运动单个原子核外电子运动的不同状态形成相应的能级。在单晶体中，原子周期性紧致排列，每一个原子核的外层电子会受到四周其他原子核的共同作用，从而形成外层电子的公有化运动。红色原子核的外层电子也会受到四周其他原子核的吸引，形成外层电子的公有化运动。LED的发光原理（2）能带单晶中外层电子的共有化运动状态所对应的能级与单个孤立原子中外层电子的能级相对应，这样，单晶中就有多个电子处在同一能级上。但是，同一能级最多容纳2个电子，所以能级就会发生分裂，分裂成能量具有微小差别的很多能级，从而可以容纳多个电子。能带即能量密集区域，它是由能量具有微小差别的很多能级组成。孤立原子能级1234012301234立原子组合成晶体的能带图LED的发光原理（3）价带、导带与禁带价带：在孤立原子中，电子是从低能级向高能级依次向上填满。在单晶中，被填满的能带分裂的能级称为满带。满带受原子核的束缚较强，最上层满带也称为价带。导带：在满带上方，具有一系列空的能带。原子核对位于空带上的电子作用微弱，故也称自由电子。最下层空带也称为导带。禁带：在价带和导带之间没有能带存在，这部分区域称为禁带。禁带宽度用Eg表示。E-E+ELED的发光原理2、如何有效地变更半导体的导电性能？在半导体中掺入其它元素，形成P型或n型区域，可以有效变更半导体的导电性能。掺入+3价原子，形成p型区掺入+5价原子，形成n型区E-E+EsE-E+ELED的发光原理3、复合复合方式辐射复合（发光）非辐射复合（发热）直接复合间接复合（复合中心可以大大提高复合机率）hν直接复合hν间接复合LED的发光原理LED的发光过程一般二极管的工作原理LED发光原理LED发光的颜色由什么确定？LED的发光原理1、一般二极管的工作原理P区多子空穴和N区多子空穴由于浓度差异向对方区域扩散，在PN结旁边复合，并形成势垒； 势垒形成内建电场，形成少子的漂移运动，阻碍扩散运动。扩散与漂移在宏观上平衡。 在外加正向偏压下，扩散与漂移平衡被打破，扩散占主导地位，形成扩散电流。PN---+++LED的发光原理2、LED发光原理LED发光能级图电子势能NPE+E+E-E----++△V未加外场NPE+E+E-E----++△V加正向电场+势阱LED芯片层次困难，一些复合型层次能够在芯片的半导体材料能级中形成量子阱。量子阱相当于很深的能级，能够捕获电子和空穴。量子阱也可以等效于一个复合中心。在未加外场时，由于势垒作用，阻挡N区电子和P区空穴进入量子阱区域。加正向电场后，N区电子和P区空穴顺当进入量子阱区域，进行复合。LED的发光原理3、LED