LED芯片原理与基础知识大全

一、LED简史

半导体材料能产生光的基础知识早在50年以前就已被人们所认识,1962年通用电气公司尼克•何伦亚克（NickHolonyakJr.）研制成功了第一个在实际中使用的可见光发光二极管。LED是英文light emitting diode（发光二极管）的英文缩写，其基本结构是一块电致发光的半导体材料，将其放置在带有引线的货架中，再在其周围采用环氧树脂进行封闭，也就是固体进行封装，因此可以对内部芯线进行防护，从而使得LED具有良好的抗震性能。

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。但是当两个半导体连接在一起时，则会产生“P-N结”。电流经过导线作用到该晶片时，将电子推到P区,P区中电子跟随空穴一起复合，再以光子方式发射能量，即LED发光原理。而光线波长亦即光线颜色则由构成P-N结物质所决定。

LED芯片发光原理

led芯片内部结构图

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；通过近四十年来的发展和努力，台湾LED光电业界对这类芯片的开发，生产和销售正处在一个成熟阶段，各大企业在这方面的研发水平也基本上是相同的，相差并不大。

大陆芯片制造业起步晚，亮度和可靠度和台湾业界相比仍有一定距离，本文中AS芯片专指UEC中AS芯片、eg:712SOL-VR、709SOL-VR和712SYM-VR和709SYM-VR。

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

1.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。

2.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