LED芯片应用原理

   一、LED芯片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芯片，芯片的一 端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个芯片被环氧树脂封装起来。半导体芯片由两部分组成，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芯片的时候，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芯片为LED的主要原材料，LED主要依靠芯片来发光。zyS武汉艾能光电电子商务网站

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LED芯片是在外延片上的基础上经过下面一系列流 zyS武汉艾能光电电子商务网站

程，最终完成如右图的成品-芯片。zyS武汉艾能光电电子商务网站

外延片→清洗→镀透明电极层透 (Indium Tin Oxide，ITO)→透明电极图形光刻→腐蚀→去胶→zyS武汉艾能光电电子商务网站

平台图形光刻→干法刻蚀→去胶→退火→zyS武汉艾能光电电子商务网站

SiO2沉积→窗口图形光刻→SiO2腐蚀→去胶→zyS武汉艾能光电电子商务网站

N极图形光刻→预清洗→镀膜→剥离→退火→zyS武汉艾能光电电子商务网站

P极图形光刻→镀膜→剥离→研磨→切割→zyS武汉艾能光电电子商务网站

芯片→成品测试。                                  zyS武汉艾能光电电子商务网站

2、LED芯片的组成元素zyS武汉艾能光电电子商务网站

     LED芯片的元素主要为III-V族元素，主要有砷(AS)、铝(AL)、镓(Ga、)铟(IN)、磷(P)、 zyS武汉艾能光电电子商务网站

     氮(N)、锶(Si)这几种元素中的若干种组成。zyS武汉艾能光电电子商务网站

  3、LED芯片的分类

     1）按发光亮度分zyS武汉艾能光电电子商务网站

A、一般亮度：R(红色GaAsP 655nm)、H ( 高红GaP 697nm )、G ( 绿色GaP 565nm )、zyS武汉艾能光电电子商务网站

                 Y ( 黄色GaAsP/GaP 585nm )、E(桔色GaAsP/ GaP 635nm )等zyS武汉艾能光电电子商务网站

B、高亮度：VG(较亮绿色GaP 565nm)、VY(较亮黄色 GaAsP/ GaP 585nm)、zyS武汉艾能光电电子商务网站

           SR(较亮红色GaA/AS 660nm)；zyS武汉艾能光电电子商务网站

C、超高亮度：UG﹑UY﹑UR﹑UYS﹑URF﹑UE等zyS武汉艾能光电电子商务网站

D、不可见光(红外线)：R﹑SIR﹑VIR﹑HIRzyS武汉艾能光电电子商务网站

E、红外线接收管：PTzyS武汉艾能光电电子商务网站

F、光电管：PDzyS武汉艾能光电电子商务网站

2）按组成元素分zyS武汉艾能光电电子商务网站

A、二元晶片(磷﹑镓)：H﹑G等zyS武汉艾能光电电子商务网站

B、三元晶片（磷﹑镓﹑砷）：SR(较亮红色GaA/AS 660nm)、 HR (超亮红色GaAlAs 660nm)zyS武汉艾能光电电子商务网站

        UR(最亮红色GaAlAs 660nm)等zyS武汉艾能光电电子商务网站

C、四元晶片(磷﹑铝﹑镓﹑铟)：SRF( 较亮红色 AlGalnP )、HRF(超亮红色 AlGalnP)、zyS武汉艾能光电电子商务网站

        URF(最亮红色AlGalnP 630nm)、VY(较亮黄色GaAsP/GaP 585nm)、zyS武汉艾能光电电子商务网站

        HY(超亮黄色 AlGalnP 595nm)、UY(最亮黄色 AlGalnP 595nm)、zyS武汉艾能光电电子商务网站

        UYS(最亮黄色 AlGalnP 587nm)、UE(最亮桔色 AlGalnP 620nm)、zyS武汉艾能光电电子商务网站

        HE(超亮桔色 AlGalnP 620nm)、UG (最亮绿色 AIGalnP 574nm) 等zyS武汉艾能光电电子商务网站

3）按照制作工艺分zyS武汉艾能光电电子商务网站

LED芯片分为MB芯片，GB芯片，TS芯片，AS芯片等4种zyS武汉艾能光电电子商务网站

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二、LED衬底材料zyS武汉艾能光电电子商务网站

 1、LED衬底的概念及作用zyS武汉艾能光电电子商务网站

     衬底又称基板，也有称之为支撑衬底。衬底只要是外延层生长的基板，在生产和制作过程中，起到支撑和固定的作用。它与外延层的特性配合要求比较严格，否则会影响到外延层的生长或是芯片的品质。zyS武汉艾能光电电子商务网站

 2、LED衬底材料的种类zyS武汉艾能光电电子商务网站

     对于制作LED芯片来说，衬底材料的选用是首要考虑的问题。应该采用哪种合适的衬底，需要根据设备和LED器件的要求进行选择。zyS武汉艾能光电电子商务网站

                             蓝宝石（Al2O3）zyS武汉艾能光电电子商务网站

 GaN基系列三种衬底材料       硅（Si）zyS武汉艾能光电电子商务网站

                             碳化硅（SiC）zyS武汉艾能光电电子商务网站

   1)蓝宝石衬底zyS武汉艾能光电电子商务网站

      通常，GaN基材料和器件的外延层主要生长在蓝宝石衬底上。蓝宝石的硬度非常高，在自然材料中其硬度仅次于金刚石，但是在LED器件的制作过程中却需要对它进行减薄和切割（从400nm减到100nm左右）。zyS武汉艾能光电电子商务网站

  优点：①蓝宝石衬底的生产技术成熟、器件质量较好zyS武汉艾能光电电子商务网站

    ②蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中zyS武汉艾能光电电子商务网站

    ③蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗zyS武汉艾能光电电子商务网站

  缺点：①晶格失配和热应力失配，会在外延层中产生大量缺陷；zyS武汉艾能光电电子商务网站

        ②蓝宝石是一种绝缘体，在上表面制作两个电极，造成了有效发光面积减少；zyS武汉艾能光电电子商务网站

        ③增加了光刻、蚀刻工艺过程，制作成本高。zyS武汉艾能光电电子商务网站

 2)硅衬底zyS武汉艾能光电电子商务网站

硅衬底的芯片电极可采用两种接触方式，分别是L接触（Lateral-contact , 水平接触）和V接触（Vertical-contact，垂直接触）[以下简称为L型电极和V型电极]。通过这两种接触方式，LED芯片内部的电流可以是横向流动的，也可以是纵向流动的。由于电流可以纵向流动，因此增大了LED的发光面积，从而提高了LED的出光效率。因为硅是热的良导体，所以器件的导热性 能可以明显改善，从而延长了器件的寿命。zyS武汉艾能光电电子商务网站

 3)碳化硅衬底zyS武汉艾能光电电子商务网站

   碳化硅衬底（CREE公司专门采用SiC材料作为衬底）的LED芯片，电极是L型电极，电流是纵向流动的。采用这种衬底制作的器件的导电和导热性能都非常好，有利于做成面积较大的大功率器件zyS武汉艾能光电电子商务网站

SiC是IV-IV族二元化合物，也是元素周期表IV族元素中唯一的稳定固态化合物，一种重要的半导体材料。它具有优良的热学、力学、化学和电学性质，不但是制作高温、高频、大功率电子器件的最佳材料之一，同时又可以用作基于GaN的蓝色发光二极管的衬底材料。zyS武汉艾能光电电子商务网站

优点：①碳化硅的导热系数为490W/m·KzyS武汉艾能光电电子商务网站

      ②要比蓝宝石衬底高出10倍以上zyS武汉艾能光电电子商务网站

缺点：①碳化硅制造成本较高zyS武汉艾能光电电子商务网站

      ②实现其商业化还需要降低相应的成本zyS武汉艾能光电电子商务网站

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4)三种衬底的性能比较zyS武汉艾能光电电子商务网站

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三、LED外延片zyS武汉艾能光电电子商务网站

  1、LED外延片生长的概念zyS武汉艾能光电电子商务网站

     外延片是在一块加热至适当温度的衬底基片(主要有蓝宝石和、SiC、Si)上，气态物质InGaAlP有控制的输送到衬底表面，生长出特定单晶薄膜。zyS武汉艾能光电电子商务网站

  2、LED外延片衬底材料种类

当前用于GaN基LED的衬底材料比较多，但是能用于商品化的衬底目前只有两种，即蓝宝石和碳化硅衬底。用于氮化镓研究的衬底材料比较多，但是能用于生产的衬底目前只有二种，即蓝宝石和碳化硅衬底。

  3、LED外延片的检测

外延片的检测一般分为两大类:zyS武汉艾能光电电子商务网站

一是光学性能检测，主要参数包括工作电压，光强，波长范围，半峰宽，色温，显色指数等等，这些数据可以用积分球测试。zyS武汉艾能光电电子商务网站

二是可靠性检测，主要参数包括光衰，漏电，反压，抗静电，I-V曲线等等，这些数据一般通过老化进行测试。zyS武汉艾能光电电子商务网站

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