半導(dǎo)體發(fā)光器件-ld和led

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1、第四章半導(dǎo)體發(fā)光器件4.1發(fā)光二極管LED4.2半導(dǎo)體激光器LD4.1發(fā)光二極管（LED）發(fā)光二極管（LightEmittingDiode），簡稱LED，是一種能將電能轉(zhuǎn)換為光能的半導(dǎo)體器件（固態(tài)發(fā)光元件），由磷化鎵、砷化鎵、磷砷化鎵、砷磷化鎵等半導(dǎo)體材料制成。一、發(fā)光二極管的工作原理和結(jié)構(gòu)[回顧]工作原理LED本質(zhì)上是一種ＰＮ結(jié)半導(dǎo)體器件，其發(fā)光原理為低電場下的注入式電致發(fā)光：加電場-》載流子擴(kuò)散-》復(fù)合發(fā)光發(fā)光波長由PN結(jié)的禁帶寬度Eg決定，即取決于材料的性質(zhì)。P區(qū)和N區(qū)發(fā)光的比例由LED的材料、結(jié)構(gòu)和摻雜決定。2.LED的結(jié)構(gòu)：采用半導(dǎo)體工藝在襯底上制

2、作p-n結(jié)，然后制作Al電極，接著在半導(dǎo)體襯底一面蒸鍍Au－Ge電極，制得芯片，封裝芯片，焊到管座上，由超聲波焊接或熱壓焊引出電極，最后涂覆透明的環(huán)氧樹脂。發(fā)光二極管的構(gòu)成：管芯支架、管芯晶片、金線、環(huán)氧樹脂1）單色LED：P3圖1-22）白光LED白光LED1：圖1白光LED2：圖2二、發(fā)光二極管的分類發(fā)光二極管的種類很多：（1）按材料分可分為砷化鎵LED、磷砷化鎵LED、磷化鎵發(fā)LED、砷鋁化鎵LED等。（2）按發(fā)光二極管的發(fā)光顏色分可分為紅色、綠色、黃色、橙色等可見光發(fā)光二極管以及不可見的紅外發(fā)光二極管。（3）按發(fā)光效果分按發(fā)光效果可分為固定顏色LED

3、和變色LED兩類，其中變色LED包括雙色和三色等。（4）按發(fā)光二極管的封裝外形分按發(fā)光二極管的封裝外形可分為圓柱形、矩形、方形、三角形、組合形發(fā)光二極管。其中圓形發(fā)光二極管的外徑有Φ2~Φ20mm等多種規(guī)格，常用的有Φ3mm、Φ5mm等。（5）按封裝形式分按封裝形式有可分為:有色透明封裝（C）無色透明封裝（T）有色散射封裝（D）無色散射封裝（W）（6）按封裝材料分按封裝材料的不同可分為塑料封裝陶瓷封裝金屬封裝樹脂封裝無引線封裝常見發(fā)光二極管的外形圖（1）最大工作電流IFMIFM是指發(fā)光二極管長期正常工作所允許通過的最大正向電流。使用中不能超過此值，否則將會燒

4、毀發(fā)光二極管。（2）最高反向電壓URMURM是指發(fā)光二極管在不被擊穿的前提下，所能承受的最大反向電壓。使用中不應(yīng)使發(fā)光二極管承受超過此參數(shù)值，否則發(fā)光二極管將可能被擊穿。最大峰值電流和最高反向電壓通常與環(huán)境溫度相關(guān)。三、可見光發(fā)光二極管的特性（主要參數(shù)）1.絕對最大額定值發(fā)光二極管的主要參數(shù)有最大工作電流IFM和最高反向電壓URM。此外，容許損耗、工作溫度、保存溫度、焊接溫度等在使用時也必須注意。注意：盡管在額定值范圍內(nèi)使用,一般不會損壞LED，但為了延長器件的使用壽命和提高可靠性，合理的使用值通常低于額定值的一定范圍（<~60%）。2.LED的特性1）I～

5、V特性其正向I～V特性與普通二極管大致相同圖發(fā)光二極管的電流-電壓特性Foridealdiode,currentflowsonlyonewayRealdiodeisclosetoidealIdealDiode上升電壓：GaAs~1.VGaAsP/GaAlAs~1.5VGaP~1.8VGaN~2.5VINGaN~3.0V反向擊穿電壓一般在十幾伏~幾十伏非線性、整流特性單向?qū)щ娦裕赫虻徒佑|電阻，反向高接觸電阻2）B～V特性和B～I(xiàn)特性（發(fā)光強(qiáng)度與正向電流特性）LED的發(fā)光亮度B與電壓V的關(guān)系，用下式表示：LED的B～I(xiàn)特性用下式表示：一般地，在流過額定電流值以

6、內(nèi)的情況，大體可認(rèn)為發(fā)光強(qiáng)度與I成正比，斜率K與發(fā)光材料有關(guān)。（不過也有例外，如GaP(紅光)當(dāng)少數(shù)載流子密度達(dá)到一定的數(shù)值時會使發(fā)光中心飽和）3）發(fā)光強(qiáng)度-環(huán)境溫度特性由于發(fā)光復(fù)合幾率具有溫度依賴性，一般地，環(huán)境溫度上升，亮度下降；溫度增加1度，發(fā)光效率減小1％，當(dāng)LED消耗功率大，則結(jié)溫上升，輸出亮度下降，使得發(fā)光強(qiáng)度隨電流I不再線性增長，而是呈現(xiàn)熱飽和現(xiàn)象。所以減小功耗，改良散熱條件很重要。一般工作在小電流IF＜10mA，或者10~20mA長時間連續(xù)點(diǎn)亮LED溫升不明顯。此外，若環(huán)境溫度較高，LED的主波長或λp就會向長波長漂移，BO也會下降，尤其是點(diǎn)

7、陣、大顯示屏的溫升對LED的可靠性、穩(wěn)定性影響應(yīng)專門設(shè)計散射通風(fēng)裝置。4）發(fā)射光譜描述LED發(fā)射光譜分布的兩個主要參量：峰值波長λmax與半高寬Δλ（單色性指標(biāo)）。例：III-V族化合物半導(dǎo)體的光譜半高寬大多在30~50nm，對GaAs1-xPx和Ga1-xAlxAs由于x不同，λmax＝620～680nm，Δλ＝20～30nm；對GaP（紅）:λmax＝700nm，Δλ＝10nm；對GaP（綠）:λmax＝570nm，Δλ＝25nm。窄的半高寬可以使得色彩感更敏銳。器件工作時的溫度會影響發(fā)射光譜，隨著溫度升高，Δλ變大，λmax也會發(fā)生漂移0.3~0.4n

8、m/度，Δλ在光通信中是一個很重要的參量。LED的光