内容索引：

一、LED的发展历史

二、LED芯片的原理

三、LED芯片的分类

  · MB芯片定义与特点

  · GB芯片定义与特点

  · TS芯片定义与特点

  · AS芯片定义与特点

四、LED芯片材料磊晶分类

五、LED芯片的组成、分类及发光特性

  · LED晶片型号、发光颜色、组成元素与波长对照表

 

 

LED是制造各类LED照明灯具、指示灯、以及LED屏的基础电子元器件。作为一种高效节能的光源，LED的应用非常广泛。那么，LED芯片作为LED的核心部分，又具备什么样的特性呢？下面，我们从LED的发展历史开始，详细了解一下LED芯片的原理、分类、及其发光特性等多方面的知识。

 

 

一、LED的发展历史

 

LED是英文light emitting diode(即发光二极管)的缩写，其基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，并使用环氧树脂密封，即固体封装，以起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。

 

早在19世纪初期，我们人类就已经掌握了半导体材料可产生光线的基本知识。

 

而在1962年,通用电气公司的尼克·何伦亚克(Nick Holonyak Jr.)便开发出第一种可见光发光二极管，即首个红光LED。

 

最初，LED常被用作仪器仪表的指示光源；后来，随着各种光色LED的出现，LED被逐渐应用在交通信号灯和大面积显示屏中，并产生了很好的经济效益和社会效益。

 

我们以12英寸红色交通信号灯为例，在以往我们只能采用低光效的140瓦白炽灯作为光源。虽然它能产生2000流明的白光，但在经过红色滤光片后，光损失高达90%，只剩下200流明亮度的红光。

 

而在红光LED出现以后，我们只需要使用18个红光LED，即可产生同样亮度的红光光效；即便我们把电路损耗计算在内,也只需耗电14瓦，大大地降低了能源的消耗。

 

 

二、LED芯片的原理

 

LED 是一种可以直接把电转化为光的固态半导体器件。

 

LED的核心是一个半导体的晶片。晶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。而整个晶片通常使用环氧树脂封装起来。

 

半导体晶片由两部分组成, 一边为P型半导体,以空穴为主,另一边则是N型半导体,以电子为主。

 

把这两种半导体连接起来，即形成一个“P-N结”。

 

当电流通过导线进入到这个晶片的时候,N型半导体中的电子就会被推向P区,在P区里电子与空穴复合，就会以光子的形式发出能量，从而产生了光。这就是LED发光的原理。

 

此外，组成P-N结的材料决定着LED发出的光的波长；而光的波长则决定了光的颜色。

 

 

三、LED芯片的分类

 

1. MB芯片定义与特点

 

定义：MB为Metal Bonding的缩写，MB芯片即金属粘着芯片；该芯片为UEC的专利产品。

 

特点：

1-1. 采用高导热系数的材料Si作为衬底,散热效率良好。

 

导热效率：

GaAs: 46W/m-K

GaP: 77W/m-K

Si: 125～150W/m-K

Cupper: 300~400W/m-k

SiC: 490W/m-K

 

1-2. 通过金属层来接合(waferbonding)磊晶层和衬底,同时反射光子,避免衬底的吸收。

 

1-3. 导电的Si衬底取代GaAs衬底,具备良好的热传导能力(导热系数相差3~4倍),更适应于高驱动电流领域。

 

1-4. 底部金属反射层,有利于光度的提升及散热。

 

1-5. 尺寸可加大,应用于Highpower领域，例如42milMB。

 

2. GB芯片定义和特点

 

定义：GB为Glue Bonding的缩写，即粘着结合芯片;该芯片属于UEC的专利产品。

 

特点：

2-1. 透明的蓝宝石衬底取代吸光的GaAs衬底,其出光功率是传统AS(Absorbable structure) 芯片的2倍以上,蓝宝石衬底类似TS芯片的GaP衬底。

2-2. 芯片四面发光,具有出色的Pattern图。

2-3. 亮度方面,其整体亮度已超过TS芯片的水平(8.6mil)。

2-4. 双电极结构,其耐高电流方面要稍差于TS单电极芯片。

 

3. TS芯片定义和特点

 

定义：TS为transparent structure的缩写，即透明衬底芯片,该芯片属于HP的专利产品。

 

特点:

3-1. 芯片工艺制作复杂,远高于ASLED。

3-2. 信赖性卓越。

3-3. 透明的GaP衬底,不吸收光,亮度高。

3-4. 应用广泛。

 

4. AS芯片定义与特点

 

定义：

AS为Absorbable structure的缩写，即吸收衬底芯片。

 

经过近四十年的发展努力,海外LED光电业界对于该类型芯片的研发、生产、销售处于成熟的阶段,各大公司在此方面的研发水平基本处于同一水平,差距不大。

 

由于国内芯片制造业起步较晚,目前国内AS芯片的亮度及可靠度与海外的AS芯片仍有一定的差距。

 

在这里我们所谈的AS芯片,特指UEC的AS芯片,例如712SOL-VR,709SOL-VR, 712SYM-VR,709SYM-VR等。

 

特点：

4-1. 四元芯片,采用MOVPE工艺制备,亮度相对于常规芯片要亮。

4-2. 信赖性优良。

4-3. 应用广泛。

 

 

四、LED芯片材料磊晶种类

 

1.LPE：Liquid Phase Epitaxy的缩写，即液相磊晶法，如GaP/GaP

2.VPE：Vapor Phase Epitaxy的缩写，即气相磊晶法，如GaAsP/GaAs

3.MOVPE：Metal Organic Vapor Phase Epitaxy的缩写，即有机金属气相磊晶法，如AlGaInP、GaN

4.SH：GaAlAs/GaAs Single Hetero structure的缩写，即单异型结构，如GaAlAs/GaAs

5.DH：GaAlAs/GaAs Double Hetero structure的缩写，即双异型结构，如GaAlAs/GaAs

6.DDH：GaAlAs/GaAlAs Double Hetero structure的缩写，即双异型结构，如GaAlAs/GaAlAs

 

 

五、LED芯片的组成、分类及发光特性

 

LED晶片的组成：

LED芯片主要由砷(AS)、铝(AL)、镓(Ga)、铟(IN)、磷(P)、氮(N)和锶(Si)等多种元素中的若干种元素组成；具体成分取决于不同的应用目的与技术规范而有所不同。

 

LED晶片的分类：

1.按发光亮度分：

1-1. 一般亮度：R、H、G、Y、E等
1-2. 高亮度：VG、VY、SR等
1-3. 超高亮度：UG、UY、UR、UYS、URF、UE等
1-4. 不可见光(红外线)：R、SIR、VIR、HIR
1-5. 红外线接收管：PT
1-6. 光电管：PD

2. 按组成元素分：

2-1. 二元晶片(磷、镓)：H、G等
2-2. 三元晶片(磷、镓、砷)：SR、HR、UR等
2-3. 四元晶片(磷、铝、镓、铟)：SRF、HRF、URF、VY、HY、UY、UYS、UE、HE、UG

 

LED晶片型号、发光颜色、组成元素与波长对照表：

 

 

LED晶片型号	发光颜色	组成元素	波长(nm)
SBI	蓝色	lnGaN/sic	430
HY	超亮黄色	AlGalnP	595
SBK	较亮蓝色	lnGaN/sic	468
SE	高亮桔色	GaAsP/GaP	610
DBK	较亮蓝色	GaunN/Gan	470
HE	超亮桔色	AlGalnP	620
SGL	青绿色	lnGaN/sic	502
UE	最亮桔色	AlGalnP	620
DGL	较亮青绿色	LnGaN/GaN	505
URF	最亮红色	AlGalnP	630
DGM	较亮青绿色	lnGaN	523
E	桔色	GaAsP/GaP	635
PG	纯绿	GaP	555
R	红色	GAaAsP	655
SG	标准绿	GaP	560
SR	较亮红色	GaA/AS	660
G	绿色	GaP	565
HR	超亮红色	GaAlAs	660
VG	较亮绿色	P	565
UR	最亮红色	GaAlAs	660
UG	最亮绿色	AIGalnP	574
H	高红	GaP	697
Y	黄色	GaAsP/GaP	585
HIR	红外线	GaAlAs	850
VY	较亮黄色	GaAsP/GaP	585
SIR	红外线	GaAlAs	880
UYS	最亮黄色	AlGalnP	587
VIR	红外线	GaAlAs	940
UY	最亮黄色	AlGalnP	595
IR	红外线	GaAs	940