半导体激光器的特性

laser diode是以半导体材料为工作物质的一类激光器件。除了具有激光器的共同特点外，还具有以下优点：(1) 体积小，重量轻；

(2) 驱动功率和电流较低；

(3) 效率高、工作寿命长；

(4) 可直接电调制；

(5) 易于与各种光电子器件实现光电子集成；

(6) 与半导体制造技术兼容；可大批量生产。由于这些特点，半导体激光器自问世以来得到了世界各国的广泛关注与研究。成为世界上发展最快、应用最广泛、最早走出实验室实现商用化且产值最大的一类激光器。经过40多年的发展，半导体激光器已经从最初的低温77K、脉冲运转发展到室温连续工作、工作波长从最开始的红外、红光扩展到蓝紫光；阈值电流由105 A/cm2量级降至102 A/cm2量级；工作电流最小到亚mA量级；输出功率从几mW到阵列器件输出功率达数kW；结构从同质结发展到单异质结、双异质结、量子阱、量子阱阵列、分布反馈型、DFB、分布布拉格反射型、DBR等270多种形式。制作方法从扩散法发展到液相外延、LPE、气相外延、VPE、金属有机化合物淀积、MOCVD、分子束外延、MBE、化学束外延、CBE等多种制备工艺。

定义：MB 芯片﹕Metal Bonding (金属粘着）芯片﹔该芯片属于UEC 的专利产品

特点：1、 采用高散热系数的材料---Si 作为衬底﹐散热容易.

Thermal Conductivity

GaAs: 46 W/m-K

GaP: 77 W/m-K

Si: 125 ～ 150 W/m-K

Cupper:300~400 W/m-k

SiC: 490 W/m-K

2、通过金属层来接合(wafer bonding)磊晶层和衬底，同时反射光子，避免衬底的吸收.

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。4、底部金属反射层﹐有利于光度的提升及散热

5、尺寸可加大﹐应用于High power 领域﹐eg : 42mil MB

GB芯片

定义：GB 芯片﹕Glue Bonding (粘着结合）芯片﹔该芯片属于UEC 的专利产品

特点： 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﹕芯片四面发光﹐具有出色的Pattern

LED芯片

3﹕亮度方面﹐其整体亮度已超过TS芯片的水平(8.6mil)

4﹕双电极结构﹐其耐高电流方面要稍差于TS单电极TS芯片定义和特点

定义：TS 芯片﹕ transparent structure(透明衬底)芯片﹐该芯片属于HP 的专利产品。

特点：1.芯片工艺制作复杂﹐远高于AS LED

2. 信赖性卓越

3.透明的GaP衬底﹐不吸收光﹐亮度高

4.应用广泛

定义：AS 芯片﹕Absorbable structure (吸收衬底）芯片﹔经过近四十年的发展努力﹐台湾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. 大陆芯片制造业起步较晚﹐其亮度及可靠度与台湾业界还有一定的差距﹐在这里我们所谈的AS芯片﹐特指UEC的AS芯片﹐eg: 712SOL-VR, 709SOL-VR, 712SYM-VR,709SYM-VR 等

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

二极管芯片种类

1、LPE：Liquid Phase Epitaxy(液相磊晶法) GaP/GaP

2、VPE：Vapor Phase Epitaxy(气相磊晶法) GaAsP/GaAs

3、MOVPE：Metal Organic Vapor Phase Epitaxy (有机金属气相磊晶法) AlGaInP、GaN

4、SH：GaAlAs/GaAs Single Heterostructure(单异型结构)GaAlAs/GaAs

5、DH：GaAlAs/GaAs Double Heterostructure， (双异型结构) GaAlAs/GaAs

6、 DDH：GaAlAs/GaAlAs Double Heterostructure， (双异型结构) GaAlAs/GaAlAs[2]

4重要参数

1、正向工作电流If

它是指发光二极体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。发光二极体正向工作电压VF在1.4～3V。在外界温度升高时，VF将下降。

3、V-I特性

发光二极体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。当电压超过某一值后，正向电流随电压迅速增加，发光。

4、发光强度IV

发光二极体的发光强度通常是指法线(对圆柱形发光管是指其轴线)方向上的发光强度。若在该方向上辐射强度为(1/683)W/sr时，则发光1坎德拉(符号为cd)。由于一般LED的发光二极管强度小，所以发光强度常用烛光(坎德拉, mcd)作单位。

5、LED的发光角度

-90°- +90°

6、光谱半宽度Δλ

它表示发光管的光谱纯度。

7、半值角θ1/2和视角

θ1/2是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向(法向)的夹角。

8、全形

根据LED发光立体角换算出的角度，也叫平面角。

9、视角

指LED发光的最大角度，根据视角不同，应用也不同，也叫光强角。

10、半形

法向0°与最大发光强度值/2之间的夹角。严格上来说，是最大发光强度值与最大发光强度值/2所对应的夹角。LED的封装技术导致最大发光角度并不是法向0°的光强值，引入偏差角，指得是最大发光强度对应的角度与法向0°之间的夹角。

11、最大正向直流电流IFm

允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极体。

12、最大反向电压VRm

所允许加的最大反向电压即击穿电压。超过此值，发光二极体可能被击穿损坏。

13、工作环境topm

发光二极体可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极体将不能正常工作，效率大大降低。

14、允许功耗Pm

允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。[3]

5芯片尺寸

大功率LED芯片有尺寸为38*38mil，40*40mil，45*45mil等三种当然芯片尺寸是可以订制的，这只是一般常见的规格。mil是尺寸单位，一个mil是千分之一英寸。40mil差不多是1毫米。38mil，40mil，45mil都是1W大功率芯片的常用尺寸规格。理论上来说，芯片越大，能承受的电流及功率就越大。不过芯片材质及制程也是影响芯片功率大小的主要因素。例如CREE 40mil的芯片能承受1W到3W的功率，其他厂牌同样大小的芯片，最多能承受到2W。

6发光亮度

一般亮度：R(红色GaAsP 655nm)、H ( 高红GaP 697nm )、G ( 绿色GaP 565nm )、Y ( 黄色GaAsP/GaP 585nm )、E(桔色GaAsP/ GaP 635nm )等；

高亮度：VG (较亮绿色GaP 565nm )、VY(较亮黄色 GaAsP/ GaP 585nm )、SR( 较亮红色GaA/AS 660nm )；

超高亮度：UG﹑UY﹑UR﹑UYS﹑URF﹑UE等。

二元晶片(磷﹑镓)：H﹑G等；

三元晶片(磷﹑镓 ﹑砷)：SR(较亮红色GaA/AS 660nm)、 HR (超亮红色GaAlAs 660nm)、UR(最亮红色GaAlAs 660nm)等；

四元晶片(磷﹑铝﹑镓﹑铟)：SRF( 较亮红色 AlGalnP )、HRF(超亮红色 AlGalnP)、URF(最亮红色 AlGalnP 630nm)、VY(较亮黄色GaAsP/GaP 585nm)、HY(超亮黄色 AlGalnP 595nm)、UY(最亮黄色 AlGalnP 595nm)、UYS(最亮黄色 AlGalnP 587nm)、UE(最亮桔色 AlGalnP 620nm)、HE(超亮桔色 AlGalnP 620nm)、UG (最亮绿色 AIGalnP 574nm) LED等。

7衬底

对于制作LED芯片来说，衬底材料的选用是首要考虑的问题。应该采用哪种合适的衬底，需要根据设备和LED器件的要求进行选择。三种衬底材料：蓝宝石（Al2O3）、硅（Si）、碳化硅（SiC）。

蓝宝石的优点：1.生产技术成熟、器件质量较好 2.稳定性很好，能够运用在高温生长过程中3.机械强度高，易于处理和清洗。

蓝宝石的不足：1.晶格失配和热应力失配，会在外延层中产生大量缺陷；2.蓝宝石是一种绝缘体，在上表面制作两个电极，造成了有效发光面积减少；3.增加了光刻、蚀刻工艺过程，制作成本高。

硅是热的良导体，所以器件的导热性能可以明显改善，从而延长了器件的寿命。

碳化硅衬底（CREE公司专门采用SiC材料作为衬底）的LED芯片，电极是L型电极，电流是纵向流动的。采用这种衬底制作的器件的导电和导热性能都非常好，有利于做成面积较大的大功率器件。优点： 碳化硅的导热系数为490W/m·K，要比蓝宝石衬底高出10倍以上。不足：碳化硅制造成本较高，实现其商业化还需要降低相应的成本。

8led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。

9如何评判

led芯片的价格：一般情况系下方片的价格要高于圆片的价格，大功率led芯片肯定要高于小功率led芯片，进口的要高于国产的，进口的来源价格从日本、美国、台湾依次减低。

led芯片的质量：评价led芯片的质量主要从裸晶亮度、衰减度两个主要标准来衡量，在封装过程中主要从led芯片封装的成品率来计算。

10日常使用

红灯：9mil正规方片，（纯红）波长：620-625nm，上下60°、左右120°，亮度高达1000-1200mcd；

绿灯：12mil正规方片，（纯绿）波长：520-525nm，上下60°、左右120°，亮度高达2000-3000mcd；

性能：具有亮度高、抗静电能力强、抗衰减能力强、一致性好等特点，是制作led招牌、led发光字的最佳选择。

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16厂商介绍

台湾LED芯片厂商

晶元光电（Epistar）简称：ES、（联诠、元坤，连勇，国联），广镓光电（Huga），新世纪（Genesis Photonics），华上（Arima Optoelectronics）简称：AOC，泰谷光电（Tekcore），奇力，钜新，光宏，晶发，视创，洲磊，联胜（HPO），汉光（HL），光磊（ED），鼎元（Tyntek）简称：TK，曜富洲技TC，灿圆（Formosa Epitaxy），国通，联鼎，全新光电（VPEC）等。

华兴（Ledtech Electronics）、东贝（Unity Opto Technology）、光鼎（Para Light Electronics）、亿光（Everlight Electronics）、佰鸿（Bright LED Electronics）、今台（Kingbright）、菱生精密（Lingsen Precision Industries）、立基（Ligitek Electronics）、光宝（Lite-On Technology）、宏齐(HARVATEK)等。

国内LED芯片厂商

三安光电简称（S）、上海蓝光（Epilight）简称（E）、士兰明芯（SL）、大连路美简称（LM）、迪源光电、华灿光电、南昌欣磊、上海金桥大晨、河北立德、河北汇能、深圳奥伦德、深圳世纪晶源、广州普光、扬州华夏集成、甘肃新天电公司、东莞福地电子材料、清芯光电、晶能光电、中微光电子、乾照光电、晶达光电、深圳方大，山东华光、上海蓝宝等。

国际LED芯片厂商

CREE，惠普（HP），日亚化学（Nichia），丰田合成，大洋日酸，东芝、昭和电工（SDK），Lumileds，旭明（Smileds），Genelite，欧司朗（Osram），GeLcore，首尔半导体等，普瑞，韩国安萤（Epivalley）等。

17防盗器

型号

参考资料

1． LED芯片注意事项 ．cob [引用日期2013-05-21] ．

2． LED芯片分类 ．LED.lights [引用日期2013-04-28] ．

3． LED芯片的重要参数及两种结构分析 ．半导体器件应用网 [引用日期2013-07-10] ．

4． LED芯片及器件的分选测试 ．大比特商务网 [引用日期2013-05-3] ．

5． LED芯片使用常遇到的问题分析 ．大比特商务网 [引用日期2013-05-24] ．

led芯片的价格：一般情况系下方片的价格要高于圆片的价格，大功率led芯片肯定要高于小功率led芯片，进口的要高于国产的，进口的来源价格从日本、美国、台湾依次减低。

led芯片的质量：评价led芯片的质量主要从裸晶亮度、衰减度两个主要标准来衡量，在封装过程中主要从led芯片封装的成品率来计算。