【芯极速】干货|LED芯片原理知识大全一览!

来源:芯极速

一、LED简史

50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识,1962年,通用电气公司的尼克•何伦亚克(NickHolonyakJr.)开发出第一种实际应用的可见光发光二极管(www.qinghuai.net)。LED是英文light emitting diode(发光二极管)的缩写,它的基本结构是一块电致发光的半导体材料,置于一个有引线的架子上,然后四周用环氧树脂密封,即固体封装,所以能起到保护内部芯线的作用,所以LED的抗震性能好。

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。但这两种半导体连接起来的时候,它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子就会被推向P区,在P区里电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量,这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色,是由形成P-N结的材料决定的。

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;经过近四十年的发展努力,台湾LED光电业界对于该类型芯片的研发、生产、销售处于成熟的阶段,各大公司在此方面的研发水平基本处于同一水平,差距不大。

大陆芯片制造业起步较晚,其亮度及可靠度与台湾业界还有一定的差距,在这里我们所谈的AS芯片,特指UEC的AS芯片,eg:712SOL-VR, 709SOL-VR, 712SYM-VR,709SYM-VR等。

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

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。

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

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