半导体发光二极管LED

2、特点：发射波长覆盖可见光发射波长覆盖可见光发射波长覆盖可见光发射波长覆盖可见光红外红外红外红外远红外，远红外，远红外，远红外，结构比较简单。是至今世界上应用最多，产结构比较简单。是至今世界上应用最多，产结构比较简单。是至今世界上应用最多，产结构比较简单。是至今世界上应用最多，产量最多的光电产品。产量巨大，价格便宜，量最多的光电产品。产量巨大，价格便宜，量最多的光电产品。产量巨大，价格便宜，量最多的光电产品。产量巨大，价格便宜，工作稳定，使用简单。工作稳定，使用简单。工作稳定，使用简单。工作稳定，使用简单。发光二极管的分类：发光二极管的分类：发光二极管的分类：发光二极管的分类：1.按材料分类按

3、材料分类：依据芯片的材料，外延层，掺杂杂质，可大致：依据芯片的材料，外延层，掺杂杂质，可大致估计出发光二极管的颜色，波长等基本特性。估计出发光二极管的颜色，波长等基本特性。2.2.按发光颜色分类按发光颜色分类按发光颜色分类按发光颜色分类：发光二极管的发光颜色有红，橙，绿，蓝，：发光二极管的发光颜色有红，橙，绿，蓝，：发光二极管的发光颜色有红，橙，绿，蓝，：发光二极管的发光颜色有红，橙，绿，蓝，双色，三色等多种，以及近红外和红外等不可见的发光管。双色，三色等多种，以及近红外和红外等不可见的发光管。双色，三色等多种，以及近红外和红外等不可见的发光管。双色，三色等多种，以及近红外和红外等不可见的发

4、光管。3.3.按器件封装按器件封装：封装种类很多，有环氧树脂全包封，金属底座环：封装种类很多，有环氧树脂全包封，金属底座环氧封装，陶瓷底座环氧封装，和玻璃封装等。氧封装，陶瓷底座环氧封装，和玻璃封装等。4.4.4.4.发光面特征发光面特征发光面特征发光面特征：采用不同的表面封装，会有不同的效果，如：采用不同的表面封装，会有不同的效果，如：采用不同的表面封装，会有不同的效果，如：采用不同的表面封装，会有不同的效果，如半球状有会聚光的作用。按封装表面的形状可分圆形，方形，半球状有会聚光的作用。按封装表面的形状可分圆形，方形，半球状有会聚光的作用。按封装表面的形状可分圆形，方形，半球状有会聚光的

5、作用。按封装表面的形状可分圆形，方形，矩形，面发光管，侧向发光管，微形发光管等多种。矩形，面发光管，侧向发光管，微形发光管等多种。矩形，面发光管，侧向发光管，微形发光管等多种。矩形，面发光管，侧向发光管，微形发光管等多种。5.5.按发光强度按发光强度：发光强度小于：发光强度小于10（mcd）毫坎德拉（）毫坎德拉（cd定义：定义：波长为波长为550nm的单色光源发光时，若其在某一方向上辐射强度的单色光源发光时，若其在某一方向上辐射强度为为1/681W/sr(瓦瓦/球面度球面度 )则称此单色光源在该方向上的发光强则称此单色光源在该方向上的发光强度为度为1坎德拉，既坎德拉，既1cd）为）为普通亮度

6、发光管普通亮度发光管，10100mcd为为高亮高亮度发光管度发光管，100mcd以上的称以上的称超高亮度发光管超高亮度发光管。6.按应用按应用：有指示灯，照明灯，数码显示器，短距离光通信：有指示灯，照明灯，数码显示器，短距离光通信光源等。光源等。能带能带能带能带:半导体晶体由于原子间的半导体晶体由于原子间的半导体晶体由于原子间的半导体晶体由于原子间的相互作用而使能级分裂相互作用而使能级分裂相互作用而使能级分裂相互作用而使能级分裂,离散的离散的离散的离散的能级形成能带能级形成能带能级形成能带能级形成能带能带结构能带结构能带结构能带结构：能带分为价带，导能带分为价带，导能带分为价带，导能带分为价

7、带，导带和禁带。带和禁带。带和禁带。带和禁带。价带价带价带价带:晶体中原子内层电子能级晶体中原子内层电子能级晶体中原子内层电子能级晶体中原子内层电子能级相对应的能带被电子所填满相对应的能带被电子所填满相对应的能带被电子所填满相对应的能带被电子所填满.导带导带导带导带:价带以上未被电子填满或价带以上未被电子填满或价带以上未被电子填满或价带以上未被电子填满或者是空的能带者是空的能带者是空的能带者是空的能带禁带禁带禁带禁带:导带和价带之间的能隙导带和价带之间的能隙导带和价带之间的能隙导带和价带之间的能隙.半导体的能带结构半导体的能带结构半导体的能带结构半导体的能带结构发光二极管原理发光二极管原理载流

8、子载流子载流子载流子：在热运动或其他外界激发下，价带电子激发跃：在热运动或其他外界激发下，价带电子激发跃：在热运动或其他外界激发下，价带电子激发跃：在热运动或其他外界激发下，价带电子激发跃迁至导带，这时导带有了电子，价带有了空穴，电子迁至导带，这时导带有了电子，价带有了空穴，电子迁至导带，这时导带有了电子，价带有了空穴，电子迁至导带，这时导带有了电子，价带有了空穴，电子和空穴统称为载流子。和空穴统称为载流子。和空穴统称为载流子。和空穴统称为载流子。在热平衡时，电子在能带中能级上的分布服费米分布在热平衡时，电子在能带中能级上的分布服费米分布在热平衡时，电子在能带中能级上的分布服费米分布在热平衡时

9、，电子在能带中能级上的分布服费米分布：费米能级费米能级费米能级费米能级半导体能级的一个特征参量，并非实在的能半导体能级的一个特征参量，并非实在的能半导体能级的一个特征参量，并非实在的能半导体能级的一个特征参量，并非实在的能级，它由基质材料掺杂浓度和温度决定，反映电子在能级级，它由基质材料掺杂浓度和温度决定，反映电子在能级级，它由基质材料掺杂浓度和温度决定，反映电子在能级级，它由基质材料掺杂浓度和温度决定，反映电子在能级上的分布情况。对于本征半导体，费米能级在禁带宽度的上的分布情况。对于本征半导体，费米能级在禁带宽度的上的分布情况。对于本征半导体，费米能级在禁带宽度的上的分布情况。对于本征半导

10、体，费米能级在禁带宽度的中间位置。价带中的能级有中间位置。价带中的能级有中间位置。价带中的能级有中间位置。价带中的能级有，导带中的能级有，导带中的能级有，导带中的能级有，导带中的能级有费米费米能级能级玻尔兹曼玻尔兹曼常数常数绝对绝对温度温度n n能帶弯曲能帶弯曲:半导体材料加入施主杂质，成为半导体材料加入施主杂质，成为NN型材料，型材料，加入受主杂质，成为加入受主杂质，成为P P型材料。在型材料。在P P型和型和NN型的交接型的交接处形成处形成PNPN结。由于载流子浓度的不同而产生扩散，结。由于载流子浓度的不同而产生扩散，直至不同的费米能级处于相等位置直至不同的费米能级处于相等位置，这时，

11、能带产，这时，能带产生弯曲，形成生弯曲，形成PNPN结势垒结势垒n nPNPN结：结：pn结注入电致发光原理图结注入电致发光原理图Pn结接触面处有一个耗尽层，形成结接触面处有一个耗尽层，形成势垒势垒阻碍电子和空穴的扩散。阻碍电子和空穴的扩散。当在当在pn结施加正向电压时，会使结施加正向电压时，会使势垒高度降低，耗尽层减薄，能量势垒高度降低，耗尽层减薄，能量较大的电子和空穴分别注入到较大的电子和空穴分别注入到P区区和和N区，同区，同P区和区和N区的电子复合，区的电子复合，同时以光的形式辐射出多余的能量同时以光的形式辐射出多余的能量辐射复合辐射复合可以发生在导带与价带之间可以发生在导带与价带之间，

12、也可以发生在杂质能级上。根据材，也可以发生在杂质能级上。根据材料能带结构的不同，将带间复合分成料能带结构的不同，将带间复合分成直接带间跃迁直接带间跃迁和和间接带间跃迁间接带间跃迁n n半导体中的光发射通常起因于载流子的复合。当半导体半导体中的光发射通常起因于载流子的复合。当半导体半导体中的光发射通常起因于载流子的复合。当半导体半导体中的光发射通常起因于载流子的复合。当半导体PNPN结加有正向电压时，使势垒下降，发生结加有正向电压时，使势垒下降，发生结加有正向电压时，使势垒下降，发生结加有正向电压时，使势垒下降，发生“载流子注入载流子注入载流子注入载流子注入”。这些注入。这些注入。这些注入。这

13、些注入PNPN结附近的非平衡电子和空穴将发生复合，结附近的非平衡电子和空穴将发生复合，结附近的非平衡电子和空穴将发生复合，结附近的非平衡电子和空穴将发生复合，从而发射出某种波长的光子。由于电子与空穴复合即表示从而发射出某种波长的光子。由于电子与空穴复合即表示从而发射出某种波长的光子。由于电子与空穴复合即表示从而发射出某种波长的光子。由于电子与空穴复合即表示电子从导带落入价带。从而光子能量基本等于禁带宽度电子从导带落入价带。从而光子能量基本等于禁带宽度电子从导带落入价带。从而光子能量基本等于禁带宽度电子从导带落入价带。从而光子能量基本等于禁带宽度。(11.2)(11.2)11.3.211.3.2

14、半导体中的光发射半导体中的光发射n n自发辐射自发辐射自发辐射自发辐射:光发射时有光发射时有光发射时有光发射时有半导体中电子和空穴的自发复合半导体中电子和空穴的自发复合半导体中电子和空穴的自发复合半导体中电子和空穴的自发复合产生产生产生产生的，自发辐射光不具有单一波长。的，自发辐射光不具有单一波长。的，自发辐射光不具有单一波长。的，自发辐射光不具有单一波长。半导体发光二极管（半导体发光二极管（半导体发光二极管（半导体发光二极管（LEDLED）的发光就基于此。）的发光就基于此。）的发光就基于此。）的发光就基于此。LED的伏安特性的伏安特性 LED的伏安特性图的伏安特性图LED的正向伏安特性与普通

15、二极管的正向伏安特性与普通二极管大致相同，如右图所示：大致相同，如右图所示：LED正向开启后其正向开启后其正向电流正向电流i与电压与电压u的关系是的关系是M：复合因子：复合因子K：玻尔兹：玻尔兹曼常数曼常数在宽禁带半导体中，当在宽禁带半导体中，当i0.1mA时，复合的空间电流起主要作用，时，复合的空间电流起主要作用，此时此时m2;电流增大，扩散电流占优势时电流增大，扩散电流占优势时m1开启电压与材料有关，对于开启电压与材料有关，对于GaAs是是1.0V 、大致是大致是1.5V；发红光的；发红光的GaP是是1.8V，发绿光的，发绿光的GaP是是2.0V，反向反向击穿电压击穿电压一般都在一般都在-

16、5V以上。以上。亮度与电流的关系亮度与电流的关系在自发辐射情况下，若复合区载流子辐射寿命和注入载流子在自发辐射情况下，若复合区载流子辐射寿命和注入载流子浓度无关，则浓度无关，则亮度亮度L应与应与扩散电流扩散电流成正比即：成正比即：但由于存在非辐射复合以及隧道电流，亮度与电流的关系一但由于存在非辐射复合以及隧道电流，亮度与电流的关系一般为：般为：在低电流密度下，在低电流密度下，m1.31.5；在高；在高电流密度下，扩散电电流密度下，扩散电流起支配作用，流起支配作用，m1。、和发绿光的和发绿光的GaP亮度在高电流密度下仍亮度在高电流密度下仍近似地正比于电流密度地增加，不易饱和，适用于脉冲下使用。近似地正比于电流密度地增加，不易饱和，适用于脉冲下使用。LED的驱动的驱动LED基本直流电路如右图所示。基本直流电路如右图所示。在工作过程中电流不得超过规定的极限值，在工作过程中电流不得超过规定的极限值，因此应在电路中加因此应在电路中加限流电阻限流电阻，其值为：，其值为：为为电源电压电源电压，和和分别为管子的分别为管子的正向电压正向电压和和正向电流正向电流，可在相关的产品参数表，可在相关的

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