LEDLightEmittingDiode发光二极体.PDFVIP

LED （Light Emitting Diode ）發光二極體 一、簡介 LED 是一個具有二極體的電子特性且會發光的半導體元件，雖然它具有整流二 極體的功能，但它的應用是偏重於LED 的發光特性而非整流特性，它是一種由 半導體技術所製成的光源。大多數的LED 被稱為III-V 族或化合物半導體，它是 由III 族化學元素為：鋁(Al) 、鎵(Ga) 、銦(In) ，V 族化學元素：為氮(N) 、磷(P) 、 砷(AS) 結合而成的。摻入III 族如硼鋁鎵銦就會變成P 型半導體 ，摻入V 族如 砷銻磷就會變成N 型半導體，LED 的發光原理是用半導體III-V 族兩種化學元素 結合所製成的發光元件，分別在兩極端子間施加電壓(P 極接正電壓、N 極接負 電壓) ，通入極小電流的順向電壓，電子由N 區流向P 區，電洞則由P 區流向N 區，電子與電洞於PN 接面結合而產生光。 DIP 型(砲彈型)LED SMT 型 LED Flip Chip 型 LED 二、LED 發光原理 利用III 族化學元素所產生的電洞與V 族所產生的電子相互結合時剩下的能量以 光的形式激發釋出而達成發光效果。由於不同材料其兩極體內電子、電洞所佔的 能階不同，兩者間能階的高低差稱為能隙(Gap) ，影響結合後光子的能量而發出 不同波長的光，因此眼睛會看到不同顏色的光，如：紅、橙、黃、綠、 藍或不 可見光等。 LED 是一種藉外加電壓激發電子而放射出光(電能→光)的光電半導體元件。發光 現象屬半導體中的直接發光(沒有第三質點的介入) 。整個發光現象可分為三個過 程(直接發光) ： （a ）價電帶的電子受外來的能量(順向偏壓) ，被激發至導電帶，並同時於價電 帶遺留一個電洞，形成電子-電洞對。 （b ）受激發的電子於導電帶中，與其它質點碰撞(散射) ，損失部份能量，而接 近導電帶邊緣。 （c ）一旦導電帶邊緣的電子於價電帶覓得電洞時，電子即從導電帶邊緣，經由 陷阱中心(釋放熱能)或發光中心(釋放光能) ，回到價電帶與電洞復合，電子-電洞 對消失。 LED 是利用電能直接轉化為光能的原理，在半導體內正負極2 個端子施加電壓， 當電流通過，使電子與電洞相結合時，剩餘能量便以光的形式釋放，依其使用的 材料的不同，其能階高低使光子能量產生不同波長的光，人眼所能接受到各種顏 色的光，如圖橫座標所示，其波長介於400-780nm ，在此區間之外則為不可見光， 包括紅外光及紫外光(UV) 。 GaP 三、半導體分類 多數LED 被稱為Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體，是由Ⅴ族元素(氮N 、磷P 、砷As 等) 與Ⅲ族元素(鋁Al 、鎵Ga 、銦In 等)結合而成，以與IC 半導體所使用之矽(Si)等 Ⅳ族元素區別。 1.元素半導體 2.化合物半導體 IV-IVSiC(碳化矽) III-VAlP(磷化鋁), AlAs, GaAs, GaSb, InP, InAs, II-VI ZnO(氧化鋅), ZnS, ZnSe, CdTe(碲化鎘), HgTe IV-VIPbS(硫化鋅), PbSe, PbTe 3.合金半導體 BinarySi1-x Gex TenaryAl Ga As (砷化鎵鋁),Al In As x 1-x x 1-x QuaternaryAl Ga As Sb (銻化砷鎵鋁) x 1-x y 1-y 四、LED 製程 (一)LED 上中下游製程 LED 依製作過程分為上游晶圓製作(單晶片與磊晶片的生產與製造) 、中游晶粒製 作(將磊晶片經過製作電極、平台蝕刻等程序切割出LED 晶粒)及下游封裝等。 (二)磊晶 磊晶(Epitaxy)是在拋光晶圓上以延續基材的原子排列方式長出一層薄膜。方式有 液相磊晶法(Liquid Phase Epitaxy, LPE)與氣相磊晶法 (Vapor Phase Epitaxy, V PE) ，以磷化鎵(GaP)或砷化鎵(GaAs)為基板，用於生產中、低亮度LED 及紅外 光IrDA 晶粒，其亮度在1 燭光(1000mcd)以下。 液相磊晶法(Liquid Phase Epitaxy, LPE)