LED芯片原理与基础知识大全

一、LED发展简史

早在半个世纪前，人们就已认识到半导体材料能发出光。1962年，通用电气公司的尼克·何伦亚克（Nick Holonyak Jr.）成功研发了首个实际应用中的可见光发光二极管。LED，即发光二极管，是一种将电能转换为光能的半导体器件。其基本构造包括一块电致发光的半导体材料，封装在带有引线的支架中，并用环氧树脂封闭，形成固态封装，从而提供良好的抗震性能。

最初，LED主要用作仪器指示灯。随着技术进步，LED在交通信号灯和大面积显示屏等领域得到广泛应用，带来了显著的经济和社会效益。例如，12英寸的红色交通信号灯，传统上使用140瓦的白炽灯，经过红色滤光片后，光效损失90%。而新型设计中，使用18个红色LED作为光源，总功耗仅为14瓦，却能达到相同的光效。汽车信号灯也是LED应用的重要领域。

二、LED芯片原理

LED是一种固态半导体器件，能够将电能直接转换为光能。其核心是一个半导体晶片，一端连接负极，另一端连接正极，整个晶片被环氧树脂封装。半导体晶片由P型和N型半导体组成，P型半导体中空穴占主导地位，而N型半导体中电子占主导地位。当电流通过时，电子被推向P区，与空穴复合并发射光子，从而产生光。光的颜色取决于P-N结材料的波长。

1.发光原理

2.芯片内部结构图

三、芯片的分类

1. MB芯片：
定义：金属粘着芯片，属于UEC专利产品。
特点：使用高散热系数的硅作为衬底，散热效果好。通过金属层接合磊晶层和衬底，反射光子，减少吸收。导电的硅衬底取代GaAs衬底，热传导能力更强。底部金属反射层有助于提升光度和散热。尺寸可加大，适用于高功率领域。
2. GB芯片：
定义：粘着结合芯片，属于UEC专利产品。
特点：透明蓝宝石衬底，出光功率高。芯片四面发光，图案效果出色。亮度高，但耐高电流稍差。
3. TS芯片：
定义：透明结构芯片，属于HP专利产品。
特点：工艺复杂，可靠性高。透明GaP衬底，亮度高。
4. AS芯片：
定义：吸收结构芯片，台湾LED光电业界开发成熟。
特点：四元芯片，亮度高。可靠性优良，应用广泛。

四、材料磊晶种类

1. LPE：液相磊晶法，用于GaP/GaP。
2. VPE：气相磊晶法，用于GaAsP/GaAs。
3. MOVPE：有机金属气相磊晶法，用于AlGaInP、GaN。
4. SH：单异型结构GaAlAs/GaAs。
5. DH：双异型结构GaAlAs/GaAs。
6. DDH：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)等元素组成。
2. LED晶片的分类：
按发光亮度分：一般亮度（如R、H、G、Y、E等）、高亮度（如VG、VY、SR等）、超高亮度（如UG、UY、UR、UYS、URF、UE等）、不可见光（如红外线R、SIR、VIR、HIR）、红外线接收管（如PT）、光电管（如PD）。
按组成元素分：二元晶片（如磷、镓，如H、G等）、三元晶片（如磷、镓、砷，如SR、HR、UR等）、四元晶片（如磷、铝、镓、铟，如SRF、HRF、URF、VY、HY、UY、UYS、UE、HE、UG）。