一文搞懂LED发光原理

LED自20世纪60年代诞生以来,历经数十年的发展,技术已经相当成熟,被广泛应用于各类产品中,而且成本越来越低。本篇就于元器件层面介绍LED的相关知识。

一.LED发展史

20世纪60年代之前,科学家发现半导体导通时会产生“电致发光”现象,但是这种“光”非常微弱;60年代中期,红外光LED实现商用;1968年,在砷化镓基体上使用磷化物掺杂,发出可见红光的LED面世;70年代中期,磷化镓被使用作为发光光源,并引入元素铟(In)和氮(N),绿光LED诞生;1994年,日本科学家中村秀二利用GaN基底研制出蓝光LED。从此,红、绿、蓝三基色全部具备,LED商业化应用迅速发展。1997年,日本日亚公司研制出第一只白光LED,使用GaN蓝色发光二极管激发黄光荧光粉得到白光LED,虽然光效不足10lm/W,但也意味着LED由此进入普通照明时代。

二.LED发光原理

在理解原理之前需要先了解LED的结构,LED有贴片和插件封装,内部构成相同,以插件LED为例。LED的核心是一个半导体的晶片,整个晶片被环氧树脂封装起来方便使用,引出两端作为LED的正负极。半导体晶片由两部分组成,一部分是P型半导体,里面多空穴,另一端是N型半导体,里面多电子,这两种半导体连接起来形成PN结。当PN结正偏时,由高中物理可以知道,电子在电场作用下实现能级跃迁,由基态变为激发态,此后N区电子不断向P区扩散与空穴结合,那么电子由激发态跃迁为基态,这一过程将释放能量,即表现为发光。

三.不同颜色的LED,正向导通压降Vf为什么不一样?

为了得到不同颜色的光,PN结需要掺杂不同的元素,这样就使得其PN结的开启电压发生了变化。一般单颗红、黄、橙led的典型Vf为2V,单颗绿、蓝、白LED的典型Vf是3V。

四.LED芯片的制造工艺流程

外延片→清洗→镀透明电极层→透明电极图形光刻→腐蚀→去胶→平台图形光刻→干法刻蚀→去胶→退火→SiO2沉积→窗口图形光刻→SiO2腐蚀→去胶→N极图形光刻→预清洗→镀膜→剥离→退火→P极图形光刻→镀膜→剥离→研磨→切割→芯片→成品测试。

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