常见的芯片如下： 7-
]
as$
材料 波长 材料 波长 v ss(twg
InGaN 475-485nm InGaN 525nm ;q:zT\ A
InGaN 465-475nm InGaN 505nm Nj
xo TLI
InGaN 455-465nm InGaN 515nm -tHU6s,
InGaAlP 620-640nm GaAlAs/GaAs 660nm _w/EP
InGaAlP 610-620nm GaAlAs/GaAlAs 660nm "2P&X
InGaAlP 600-610nm GaP 700nm hp* /#D
InGaAlP 592-600nm GaP 570-575nm BJB^m|b)
InGaAlP 580-593nm GaP 565-570nm Gh }LlX!w
InGaAlP 567-577nm GaP 550-565nm o(
RG-$
InGaAlP 550-565nm PY---GaAlAs 585nm O[s{ Gk'>
1 +qw$T
一、 半导体发光二极管工作原理、特性及应用 PMh^(j[
??（一）LED发光原理 9XyYHi
??发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。 iZNts%Y]
0Lc9M-Lg
cc&axc7I
??假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在*近PN结面数μm以内产生。 [ }/LD3
??理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有关，即 +5o 8KYV
????λ≈1240/Eg（mm） hMUs"
<.
??式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26～1.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。 7X q ,z
??（二）LED的特性 :xD=` ib
??1．极限参数的意义 8:>1F,
??（1）允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。 ^3{TZ=_;|
??（2）最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。 xA 1hfe.9
??（3）最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。 L
ugn 3+
??（4）工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。 feNdMR7eM
??2．电参数的意义
L %K \C
??（1）光谱分布和峰值波长：某一个发光二极管所发之光并非单一波长，其波长大体按图2所示。 S\5bmvqP"
04'~ta(t
(Twn kXrR,
??由图可见，该发光管所发之光中某一波长λ0的光强最大，该波长为峰值波长。 `m?c; ,\
??（2）发光强度IV：发光二极管的发光强度通常是指法线（对圆柱形发光管是指其轴线）方向上的发光强度。若在该方向上辐射强度为（1/683）W/sr时，则发光1坎德拉（符号为cd）。由于一般LED的发光二强度小，所以发光强度常用坎德拉(mcd)作单位。 O QT;zqup
??（3）光谱半宽度Δλ:它表示发光管的光谱纯度.是指图3中1/2峰值光强所对应两波长之间隔. t!x5 fNo)
??（4）半值角θ1/2和视角：θ1/2是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向（法向）的夹角。 }L3 oR
??半值角的2倍为视角（或称半功率角）。 '0uh D.|G
\ 3?LqJ
9@52Fg ;mj
??图3给出的二只不同型号发光二极管发光强度角分布的情况。中垂线（法线）AO的坐标为相对发光强度（即发光强度与最大发光强度的之比）。显然，法线方向上的相对发光强度为1，离开法线方向的角度越大，相对发光强度越小。由此图可以得到半值角或视角值。 =%gRW5R%
?? （5）正向工作电流If：它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。在实际使用中应根据需要选择IF在0.6•IFm以下。 kc @[9eV
?? （6）正向工作电压VF：参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的。一般是在IF=20mA时测得的。发光二极管正向工作电压VF在1.4～3V。在外界温度升高时，VF将下降。 ;A 'Z4=*~
??（7）V-I特性：发光二极管的电压与电流的关系可用图4表示。 x~{;TZa[I
k RD%b[*d
2Sp=rI
??在正向电压正小于某一值（叫阈值）时，电流极小，不发光。当电压超过某一值后，正向电流随电压迅速增加，发光。由V-I曲线可以得出发光管的正向电压，反向电流及反向电压等参数。正向的发光管反向漏电流IR<10μA以下。 Eu-RNrYh#
??（三）LED的分类 D
<&X_
??1． 按发光管发光颜色分 N qEA4C
??按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。 7#U^Dx\yh
??根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管和达于做指示灯用。 r'uGWW"w
????2． 按发光管出光面特征分 s]mY*@a%
按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。国外通常把φ3mm的发光二极管记作T-1；把φ5mm的记作T-1（3/4）；把φ4.4mm的记作T-1（1/4）。 eDJ fU
??由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类： =ng\ 9y[;D
??（1）高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为5°～20°或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。
8 <7GdCME
??（2）标准型。通常作指示灯用，其半值角为20°～45°。 ]Xf% ,iu
??（3）散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为45°～90°或更大，散射剂的量较大。 t|<NI+H(e
??3．按发光二极管的结构分 I _%a{$Gjl
??按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。 [],1lRYI9_
??4．按发光强度和工作电流分 *
Y7jl#7
??按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED（发光强度<10mcd）；超高亮度的LED（发光强度>100mcd）；把发光强度在10～100mcd间的叫高亮度发光二极管。 9D}/\jM
??一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同）。 DUe& r,(4O
??除上述分类方法外，还有按芯片材料分类及按功能分类的方法。
