浅析两种可提高LED光效的芯片发光层结构设计
?强化LED灯封装技术改善发光效率与光型
强化LED灯封装技术改善发光效率与光型
观察目前常见的高功率LED发光二极管封装技术，大致可分为单颗芯片封装、多芯片整合封装与芯片板上封装3种技术，而透过封装技术的最佳化，可提升LED芯片的发光效率、散热效果与产品可靠度。
在单颗芯片封装方面，可让单颗LED芯片大幅发挥照明优势，例如，针对发光效率的改善、散热热阻抗的调整，或是制成易于产线生产组装的SMT形式。
单颗芯片的封装形式，于发光二极管最为常见，其技术瓶颈在于必须针对每个芯片进行良率控管，因为采单芯片封装，若封装处理的芯片本身就已损坏或效率不彰，封装成品也会呈现相同的料件问题，另在封装阶段亦可透过荧光粉体的封装处理，去改善最终产品的输出色温或光型。
以Osram的GoldenDRAGONPlusLED为例，为采硅胶封填设计，封装后的LED组件具170度光束角度，可以很容易地进行2次光学透镜或是反光杯改善组件的光学特性，GoldenDRAGONPlusLED的硅胶透镜亦具耐高温、光衰减较低等特性。
单芯片封装的优势相当多，尤其在光效率提升、散热效益提升与配光容易度、组件的高可靠性都相当值得关注。
LED芯片的发光性能分析与优化
LED芯片的发光性能分析与优化LED芯片作为目前最为先进、使用范围最广泛的光电器件之一，已经成为了人们日常生活中不可或缺的一部分。
然而，就像任何一种科技产品一样，LED芯片在不断发展中也存在着一系列的问题和局限性。
其中，LED芯片的发光性能就是一个比较突出的问题。
一、LED芯片的发光性能问题在LED芯片的使用过程中，其中最为关键的性能便是发光性能。
LED芯片的发光亮度、光谱、颜色温度、亮度均匀性等方面的问题，直接关系到人们的视觉效果和使用感受。
而LED芯片的发光性能问题主要表现在以下几个方面：1、发光效率低下：LED芯片的发光效率虽然比传统光源要高，但是却还存在着不足之处。
LED芯片的发光效率主要受到其发光材料、制程技术、芯片封装等方面的影响。
2、色温不匹配：LED芯片的色温不匹配，在使用过程中很容易出现发光不均匀的问题，给人们的视觉造成不良影响。
3、色彩还原差：由于光谱不连续，LED芯片的色彩还原差也会直接影响到人们的视觉效果。
在部分应用场合，LED芯片的这一问题甚至会造成严重后果。
4、光衰问题：光衰是LED芯片性能的常见问题，随着发光时间的延长，LED芯片的亮度逐渐降低。
在保证长期使用效果的前提下，提高LED芯片的光衰寿命，也是当前LED芯片技术研发的一项重要目标。
二、优化LED芯片的发光性能针对LED芯片发光性能存在的问题，技术研发领域对其进行了长期的研究，逐步取得了一系列的优化成果。
下面，我们将从几个方面看一看，如何优化LED芯片的发光性能。
1、选用高效发光材料LED芯片的发光效率主要受其发光材料的影响，如果能够选用更加优质、高效的发光材料，便可以直接提高LED芯片的整体性能。
常用的LED发光材料有氮化镓（GaN）、氮化铝（AlN）等，这些材料的选择和应用能够有效减少光损耗，提高LED芯片的发光效率。
2、改进制程技术制程技术是影响LED芯片发光性能的另一个主要因素。
通过对制程技术的优化和改进，可以提高LED芯片的制造精度和制造效率，从而提高LED芯片的发光性能。
提高LED发光效率的若干方法_yyb
P /(h )
I /e
int extraction
由于MOCVD外延生长技术和多量子阱 结构(MQW)的引入，使LED的内量子效率超过80 %，提高的空间不大。反而在光提取效率方面， 由于内部全反射，提取效率一直非常低（低于 20%），成为抑制发光效率的主要原因。
内部全反射
1、光学增透膜
利用光线通过折射率为n1的 薄膜时，在上下表面发生反射，设上
LED芯片结构简图
二、提高LED发光效率的若干方法
内量子效率：
int
每秒钟从有源层辐射出来的光子数 注入LED的电子数
Pint /(h )
I /e
光提取效率：
extraction
每秒钟辐射到自由空间的光子数 每秒钟从有源层辐射出来的光子数
P /(h ) Pint /(h )
外量子效率： ext
每秒钟辐射到自由空间的光子数 注入LED的电子数
提高LED发光效率的若干方法
杨亿斌 2010年12月22日
主要内容
一、LED的制作工艺 二、提高LED发光效率的若干方法
一、LED的制作工艺
硅衬底LED外延片
蓝宝石衬底LED外延片
LED外延片垂直结构图
通过光刻、等离子体刻蚀、蒸镀金属等 一系列工艺过程，在LED外延片上制作许许多多的 LED芯片。
粗化表面形貌及发光对比
参考资料：
1、史光国，“半导体发光二极管及固体照明[M]”，科学出版社， 2007. 2、E. Fred Schubert. “Light-emitting Diodes. Rensselaer Polytechnic Institute[M]”, 2006: 84. 3、唐晋发，郑权，“应用薄膜光学[M]”.上海科学技术出版社， 1984. 4、Krames M R, Ochiai-Holcomb M, Hofler G E, et al., “Hi gh-power truncated-inverted-pyramid (AlxGa,_X)o.slno.sP}G aP light-emitting diodes exhibiting >50 external quantum efficiency[J]”. Appl. Phys. Lett., 1999, 75: 2365-2367. 5、张佰君，《高亮度LED结构》课件. 6、Nanoscale ITO ZnO layer-texturing for high-efficiency InGaN GaN light emitting diodes
LED芯片的重要参数及两种结构分析（精选5篇）
LED芯片的重要参数及两种结构分析（精选5篇）第一篇：LED芯片的重要参数及两种结构分析LED芯片的重要参数及两种结构分析发布日期：2012-06-21浏览次数：74led芯片是半导体发光器件LED的核心部件(led灯)，LED发光的原理主要在于LED芯片的P-N结。
一般来说，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(LED电视)。
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显示器)。
LED芯片主要由砷(AS)、铝(AL)、镓(Ga)、铟(IN)、磷(P)、氮(N)、锶(Si)这几种元素中的若干种组成，主要材料为单晶矽。
LED芯片的分类用途：根据用途分为大功率led芯片、小功率led芯片两种;颜色：主要分为三种：红色、绿色、蓝色(制作白光的原料);形状：一般分为方片、圆片两种;大小：小功率的芯片一般分为8mil、9mil、12mil、14mil等LED芯片结构介绍不同LED芯片，其结构大同小异，有外延用的芯片基板(蓝宝石基板、碳化矽基板等)和掺杂的外延半导体材料及透明金属电极等构成。
LED芯片特点(1)四元芯片，采用MOVPE工艺制备，亮度相对于常规芯片要亮。
(2)信赖性优良。
(3)应用广泛。
(4)安全性高。
(5)寿命长。
LED芯片的重要参数1.正向工作电流If：它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。
在实际使用中应根据需要选择IF在0.6•IFm以下。
2.正向工作电压VF：参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的。
一般是在IF=20mA时测得的。
发光二极管正向工作电压VF在1.4～3V。
在外界温度升高时，VF将下降。
3.V-I特性：发光二极管的电压与电流的关系，在正向电压正小于某一值(叫阈值)时，电流极小，不发光。
发光二极管技术和发光材料优化
发光二极管技术和发光材料优化发光二极管（Light Emitting Diode，简称LED）作为一种新型的光电器件，在诸多领域中展现出其巨大的潜力。
它具有高效、节能、长寿命等优越特性，因此被广泛应用于照明、显示、通信等领域。
本文将从两个方面展开，分别介绍发光二极管技术的优化和发光材料的优化。
一、发光二极管技术的优化1. 发光二极管结构优化发光二极管的结构设计对于其性能的提升至关重要。
一种常见的结构是GaN基底的异质结构，其中GaN是石榴石晶体结构的化合物半导体材料。
通过调整异质结构的电子能带间距和形状，可以在发光二极管中实现不同颜色的光发射，从而满足不同应用需求。
此外，设计优化还可包括尺寸和形状的调整。
研究表明，较小的发光二极管颗粒对电子-空穴复合和发光效率具有更好的控制能力。
通过纳米级别的设计精确控制光的发射特性，可以实现更高的亮度和更广的发光角度，提升发光二极管的可靠性和实际应用性。
2. 发光二极管的电流注入和散热优化电流注入是发光二极管中的一个关键过程，对发光效率和寿命有着重要影响。
提高电流注入效率可以通过优化发光二极管的电极结构和材料，以及减少电流注入的损失。
同时，发光二极管在工作过程中会产生大量热量，散热问题也是一个需要优化的方面。
散热不良会导致发光二极管光衰，影响其光电转换效率和寿命。
优化散热可以通过选用有效的散热材料，并设计合适的散热结构，以增强发光二极管的散热效果，提高其可靠性和寿命。
二、发光材料的优化1. 化合物半导体发光材料优化发光二极管的核心组成部分是化合物半导体材料，这些材料在不同元素的掺杂下可以实现不同颜色的光发射。
为了优化发光效率和色彩纯度，提高其应用性能，可以通过调整化合物半导体材料的能带结构和晶体缺陷来进行优化。
通过引入合适的杂质原子或掺杂元素，可以调整能带结构，降低电子-空穴复合的过程，提高发光效率。
此外，优化晶体缺陷可以减少非辐射衰减，进一步提高发光效率和寿命。
led灯的结构及发光原理(精)
led灯的结构及发光原理50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。
LED是英文light emitting diode（发光二极管）的缩写，它的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，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。
led灯结构图如下图所示发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。
在某些半导体材料的PN 结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。
PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。
这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。
当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。
二、什么是led光源,led光源的特点1. 电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。
2. 效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80%3. 适用性：很小，每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境4. 稳定性：10万小时，光衰为初始的50%5. 响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级6. 对环境污染：无有害金属汞7.颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。
如小电流时为红色的LED，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿色8. 价格：LED的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需由上300～500只二极管构成。
led原理 发光层
led原理发光层LED (Light Emitting Diode) 是一种半导体器件，能够通过电流激发而产生可见光。
LED 发光层是 LED 中的一个重要组成部分，它决定了 LED 的发光效果和性能。
本文将介绍 LED 发光层的原理，并列举相关参考内容来深入了解 LED 发光层的特性和应用。
1. 发光层原理LED 发光层通常由多种材料组成，其中最常见的是发光二极管芯片和磷光粉。
LED 芯片通常由砷化镓 (GaAs) 或磷化铟镓(InGaAs) 等半导体材料制成。
当电流通过芯片时，电子和空穴会在 pn 结附近复合并释放出能量。
然而，这种能量只有一小部分是以可见光的形式发射出来，并且其波长通常与人眼可见范围的光波长并不完全匹配，这就需要发光层来提高发光效果。
发光层中的磷光粉是一种荧光粉，能够将高能电子和空穴的能量转化为可见光。
磷光粉的选择和添加量可以影响 LED 的发光特性，包括颜色、亮度和色温等。
在不同的应用中，可以根据需求选择不同类型的磷光粉，或者使用多种磷光粉的混合物来实现特定的发光效果。
2. 相关参考内容为了更深入了解 LED 发光层的原理和应用，以下是一些相关参考内容：- "Light Emitting Diodes (LED)"：这是一本由 E. Fred Schubert编写的书籍，详细介绍了 LED 的各种物理和光电特性，并对发光层的工作原理进行了解释。
该书还包括了 LED 的制造工艺、性能改进方法以及应用领域等内容。
- "Introduction to Solid State Lighting"：这是一篇由 Nadarajah Narendran 编写的综述文章，在其中详细介绍了 LED 技术的基本原理、发展历程以及当前的应用。
这篇文章还特别涵盖了发光层材料的性能和选择。
- "Phosphor Handbook"：这是一本由 Shigeo Shionoya、William M. Yen 和 Hajime Yamamoto 编写的书籍，其中详细介绍了荧光材料和荧光粉的原理、性能和应用。
LED结构与发光原理
LED结构与发光原理LED（Light Emitting Diode）即发光二极管，是一种可以将电能转化为光能的半导体器件。
其结构简单，由一个PN结构组成，内部有一个P型半导体和一个N型半导体通过特殊的工艺技术结合在一起。
下面将详细介绍LED的结构和发光原理。
一、LED的结构LED的基本结构是由包括P型半导体、N型半导体、衬底以及金属引线等若干层级的结构组成。
1.衬底：衬底是LED的基底，通常采用具有良好导热性的材料，如蓝宝石（Sapphire）或氮化镓（GaN）。
衬底除了提供悬臂连接支撑点外，还可以起到反射、散热和保护压缩层的作用。
2.压缩层：压缩层是由一层氮化镓（GaN）材料构成，通过与衬底材料（例如蓝宝石）形成一道压力层，提高了器件的光电效率。
3.诱导层：诱导层是由不同材料的多个薄层堆积组成，其中包括P型和N型半导体材料，以及多个量子阱层（Quantum Well Layer）。
这些材料具有不同的能带结构，从而在电子的过渡和复合过程中产生光子。
4.非反射层：非反射层是位于LED芯片顶部的一层透明材料，用于降低由其它光学元件或介质界面引起的光反射损失。
5.金属接触层：金属接触层是排列在PN结两端的金属电极，用于引出电流并提供外部电路连接。
二、LED的发光原理当在PN结两端施加正向电压时，P区的电子和N区的空穴在PN结中相遇，并形成极化区。
在PN结的极化区，电子从高能态跃迁到低能态，释放出能量，这部分能量被转化为光能，即产生光。
具体的发光原理如下所示：1.带隙和能带：在PN结的P区和N区，电子可以在不同的能级上跃迁。
当电子处于低能级时，通过正向电压的施加，电子会跃迁到高能级。
2.光子辐射：当电子从高能级跃迁到低能级时，其多余的能量会以光子的形式辐射出来。
辐射的波长（颜色）与材料的带隙相关。
一般来说，能带较宽的LED会产生红色光，而能带较窄的LED会产生蓝色光。
3.辐射转化和增强：光子辐射产生后，会经过PN结之间的诱导层和非反射层的透明材料，最终通过LED芯片的顶部散发出来。
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浅析两种可提高LED 光效的芯片发光层结构设计
LDE 的芯片结构设计是一项非常复杂的系统工程，其内容涉及以提高注入效率和光效为目的电致发光结构设计、以提高学出光效率为目的的光引出结构设计和与光效密相关的电极设计等。
随着MOCVD 外延生长技术和多量子阱结构的发展，人们在精确控制外延、掺杂浓度和减少位错等方面都取得了突破，处延片的内量子效率已有很大提高。
像波长为625nm 的A1InGap 基100%.A1InGap基LED 的内量子效率虽远比A1InGap 基LED 的低，但也达40%～50%。
大家知道，LED 的外量子效率取决于外延材料的内量子效率和芯片的出光效率，提高发光效率的关健是提高芯片的外量子效率，这在很大程度上决于芯片的出光效率。
为此HBLED 和超HBLED 要求设计新型芯片结构来提高器件的出光效率，进而提高发光效率。
下面对提高LED 发光效率的技术途径和发展状况作简要介绍。
优化芯片发光层能带结构
设计不同的发光层结构，可以提高LED 的光效。
目前人们所采用的发光层结构主要有以下两种：
一是双异质结（DH ）
异质结LED 相对于同质结LED 来说，其P 区和N 区有带隙不同的半导体组分。
在异质结中，宽带隙材料叫势垒层，窄带隙材料叫势阱层。
只有一个势垒层和势阱层的结为单异质结（SH ），有两个势垒层和一个活性层（即载流子复合发光层）的结叫双异质结。
双异质结的两个势垒层对注入的载流子起到限域作用，即通过第一个异质结果面扩散进入活性层的载流子，会被第二个异质结界面阴挡在活性层中，致使目前HBLED 能带结构通常都采用双异质结。
二是量子阱结构
活性层的变薄能够有效地提高辐射复合效率，并且能减少再吸收。
但是，当活性层的厚度可以与晶体中电子的德布罗意波相比拟进，载流子会因为量子限域而发生能谱的改变。
这种特殊的结构被称为量子阱（QW ）。
势阱中的载流子能带不再连续，而是取一系列的分立值。
活性层既可以是单层，即单量子阱（SQW ）; 也可以为多层，即多量子阱（MQW ）结构。
采用量子阱结构的活性层可以更薄，造成对载流子的进一步限域，更有利于效率的提高。
已经发现，发光波长为565nm 的
A1InGap 双异质结LED ，当活性层厚度在0.15～0.75nm 的范围内时，光效最高；超出这个范围时，光效则急剧下降，这是由于活性层太薄，容易引起载流子隧道穿透到活性层之外；如果活性层太厚，载流子复合效率会降低。
量子阱结构是目前HBLED 广为采用的能带结构之一。
下表列出了目前常用的高亮度LED 所采用的发光层结构及其外量子效率。