LED发光原理及牲.ppt

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1、第二章LED的发光原理及特牲LED的发光原理LED的光、色、电特性LED的种类LED的特点白光LED的实现LED是什么?LED是“lightemittingdiode”的英文缩写。中文名:发光二极管。LED是一种将电能转换为光能的固体电致发光(EL)半导体器件。LED实质性核心结构是由元素谱中的Ⅲ-Ⅳ族或Ⅲ-Ⅴ族化合物材料构成的p-n结。LED如何发光?物体发光有哪些方式？物体的发光方式冷光热光：又叫热辐射，是指物质在高温下发出的光。：某种能源在较低温度时所发出的光。发冷光时，某个原子的一个电子受外力作用从基态激发到较高的能态。由于这种状态是不稳定的，该电子通常以光的形式将能量释放出来，

2、回到基态。白炽灯：当钨丝在真空或是惰性气体中加热至很高的温度，就会发出白光。生物发光：萤火虫化学发光：荧光粉阴极射线发光：荧光灯、金卤灯场致发光：无极灯电致发光：LED电致发光原理：电场的作用激发电子由低能态跃迁到高能态，当这些电子从高能态回到低能态的时候，根据能量守恒原理，多余的能量将以光的形式释放出来。LED发光原理：电子与价带上的空穴复合，复合时得到的能量以光子的形式释放。LED发光原理图1。电子迁移率比空穴大得多。2。N区的电子注入P区速度小，跃迁到价带与注入和空穴复合，发射出由N型半导体能量所有决定的光。LED大都采用直接跃迁材料：直接带隙半导体直接带隙半导体材料就是导带最小值

3、（导带底）和满带最大值在k空间中同一位置。电子要跃迁到导带上产生导电的电子和空穴（形成半满能带）只需要吸收能量。直接带隙半导体（Directgapsemiconductor）的例子：GaAs、InP半导体。相反，Si、Ge是间接带隙半导体。直接带隙半导体的重要性质：当价带电子往导带跃迁时，电子波矢不变，在能带图上即是竖直地跃迁，这就意味着电子在跃迁过程中，动量可保持不变——满足动量守恒定律。相反，如果导带电子下落到价带（即电子与空穴复合）时，也可以保持动量不变——直接复合，即电子与空穴只要一相遇就会发生复合（不需要声子来接受或提供动量）。因此，直接带隙半导体中载流子的寿命必将很短；同时，

4、这种直接复合可以把能量几乎全部以光的形式放出（因为没有声子参与，故也没有把能量交给晶体原子）——发光效率高（这也就是为什么发光器件多半采用直接带隙半导体来制作的根本原因）。LED的输出光谱决定其发光颜色和光辐射纯度，也反映出半导体的特性。目前发光二极管用的都是直接带隙材料GaAsSi直接带隙材料中，电子与空穴复合时，其发光跃迁（RadiativeTransition）有以下可能性：导带价带（１）带间复合Ｅｇ导带价带（２）自由激子相互抵消（３）在能带势能波动区，局部束缚激子的复合ＥｃＥｖ图（１）和（２）是一般ＡｌＧａＩｎＰ红光ＬＥＤ产生光的原理，而图（３）是ＡｌＧａＩｎＮ蓝光ＬＥＤ产生光的

5、原理．LED自发性的发光是由于电子与空穴的复合而产生的。当LED两端加上正向电压，电流从LED阳极流向阴极时，半导体中的少数载流子和多数载流子发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光。E光子LED为什么会发不同颜色的光?各种颜色光的波长光色波长λ（nm)代表波长红（Red）780～630700橙（Orange）630～600620黄（Yellow）600～570580绿（Green）570～500550青（Cyan）500～470500蓝（Blue）470～420470紫（Violet）420～380420光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽

6、度Ｅg有关，即λ≈1240/Eg（mm）电子由导带向价带跃迁时以光的形式释放能量，大小为禁带宽度Eg。Eg越大，所发出的光子波长就越短，颜色就会蓝移。反之，Eg越小，所发出的光子波长就越长，颜色就会红移。若要产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应该在1.59～3.26eV之间。在此能量范围之内，带隙为直接带的Ⅲ-Ⅳ族或Ⅲ-Ⅴ族半导体材料只有GaN、GaP等少数材料，也可以利用Ⅲ-Ⅳ族或Ⅲ-Ⅴ族二元化合物组成新的三元或四元Ⅲ-Ⅳ族或Ⅲ-Ⅴ族固溶体，通过改变固溶体的组分来改变禁带宽度与带隙类型。光的颜色与芯片的材料有关系。材料不一样，电子和空穴复合的能

7、量不一样，发出的光也不一样。红、黄光芯片的主要材料：AlGaInP、GaAlAs蓝、绿光芯片的主要材料：GaN、InGaN窗口层P-限制层N-限制层活性层布拉格反射层衬底LED的主要参数与特性LED是利用化合物材料制成pn结的光电器件。它具备pn结结型器件的特性：（1）电学特性（2）光学特性（3）热学特性电学特性I-V特性响应时间允许功耗LED的伏-安（I-V）特性（1）LED的伏-安（I-V）特性是流过芯片PN结电流随施加到