为何发光二极管的很难发出蓝光？

2023-5-21 20:23| 发布者: 开心| 查看: 86| 评论: 0

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摘要: {本文由家电维修技术论坛小编收集整理资料}随着LED在日常生活中已被广泛使用，并在我国推广节能照明的政策下，生产LED的厂家不计其数。这种种迹象让人们理所当然地认为，和电脑、智能手机相比，这么个小小的灯管没有太多的科学含量。发光二极管随 ...

{本文由家电维修技术论坛小编收集整理资料}随着LED在日常生活中已被广泛使用，并在我国推广节能照明的政策下，生产LED的厂家不计其数。这种种迹象让人们理所当然地认为，和电脑、智能手机相比，这么个小小的灯管没有太多的科学含量。发光二极管随着LED在日常生活中已被广泛使用，并在我国推广节能照明的政策下，生产LED的厂家不计其数。这种种迹象让人们理所当然地认为，和电脑、智能手机相比，这么个小小的灯管没有太多的科学含量。但实际上，我国铺天盖地的光伏企业所做的，仅仅是对LED的封装工作。这和电脑的生产十分相似，大大小小的企业只是把各个零件装配起来，牛X一点的企业还会自行设计电脑外形。在LED这个行业，所有的光电企业，技术水平几乎都达不到自行生产LED核心的部分，即发光二极管的芯片的程度。简单来说，半导体容易发出红黄光，很难发出蓝光。要说明制造蓝光LED的困难性，首先得从LED的发光原理说起。 LED发光原理发光二极管（Light EmitTIng Diodes， LED）的发光区域是p-n结，称为有源区（acTIve region）。在两端加上电场后，p区的空穴和n区的电子向中央移动，终在这个区域复合。当然，不是所有的电子-空穴对复合时都会发出光子，能辐射出光子的复合称为辐射性复合（radiaTIve recombinaTIon）。这个过程也可以认为是电子从导带（conduction band）跃迁到价带（valence band），并辐射出一个光子，如下图。

所以，辐射光的颜色，或者说辐射光子的能量完全由带隙（band gap）决定。人们的需求使得半导体工艺迅猛发展，如今已经可以制备很大的单晶硅，即一块相当完美的晶体，缺陷很少。只可惜，代半导体硅是间接带隙（indirect bandgap）半导体，发光效率很低。对于电致发光元件来说，通常采用直接带隙（direct bandgap）半导体，发展过程如下图。

然而对于直接带隙半导体，如何获取完美的晶体一直是技术上的难题。II-VI族半导体化合物极容易形成结构上的缺陷，缺乏商业应用的价值，因此被关注更多的是III-V族半导体化合物。在1975年之前，第二代半导体砷化物和磷化物已经实现在红黄光区的明亮发光。由下图可以看到，GaP与GaAs的带隙较小，辐射的光子处于红黄波段。为了实现短波辐射，需要提高磷组分的含量，但这导致发光效率大幅下降。

随着技术的发展，第三代半导体氮化物的优势逐渐显现。图中的纵轴是能隙宽度，可见光范围约为1.5eV-3eV. 由图中可以看到，InN的带隙为1.9eV，对应红光区；而GaN 带隙为3.4eV，对应于紫外光区。通过In与Ga组分配比调节，可以覆盖整个可见光区。但如此美好的前景被一个残酷的现实击碎了 —— 氮化物的晶体质量无法得到保障。由于GaN与InN晶格常数不同，在高铟组分下，晶格失配导致大量缺陷的产生，严重影响器件的发光效率。之前提到GaAsP在短波段发光效率下降，是物理原理所致；而这里却是生产技术的原因。 LED面临的问题蓝光LED的芯片属于是氮化镓材料系，其面临的问题主要有：1.黄绿光波段缺陷（Green-YellowGap）从下图可以看出，InGaN与AlGaInP两种材料系的LED在可见光区的两端有很高的外量子效率（即电光转化效率），但在黄绿光区的效率却都明显下降。而其原因已经在前文说明。

2.效率骤降（Efficiency Droop）在小电流注入下，LED有很高的发光效率。但将注入电流增加至可供使用的程度时，高功率LED的发光效率会产生多于70% 的大幅衰减。这不是由简单的芯片发热引起的，原因未有定论，主要有两种解释：俄歇复合（Auger recombination）与载流子溢出（carrier leakage）。因此，在看到某大型照明企业在官方主页声称自己的研发团队

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