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
1.led芯片的发光原理
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。
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2、LED芯片内部结构图
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三、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、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、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
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
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
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