joseconncarro

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LED的製作

原理
發光二極體是一種特殊的二極體。和普通的二極體一樣，發光二極體由半導體晶片組成，這些半導體材料會預先通過注入或摻雜等工藝以產生pn結結構。與其它二極體一樣，發光二極體中電流可以輕易地從p極（陽極）流向n極（負極），而相反方向則不能。兩種不同的載流子：電洞和電子在不同的電極電壓作用下從電極流向pn結。當電洞和電子相遇而產生複合，電子會跌落到較低的能階，同時以光子的方式釋放出能量。

它所發出的光的波長，及其顏色，是由組成pn結的半導體物料的禁帶能量所決定。由於矽和鍺是間接禁帶材料，在這些材料中電子與電洞的複合是非輻射躍遷，此類躍遷沒有釋出光子，所以矽和鍺二極體不能發光。發光二極體所用的材料都是直接禁帶型的，這些禁帶能量對應著近紅外線、可見光、或近紫外線波段的光能量。

以下是傳統發光二極體所使用的無機半導體物料和所它們發光的顏色：

* 鋁砷化鎵 (AlGaAs) - 紅色及紅外線
* 鋁磷化鎵 (AlGaP) - 綠色
* 磷化銦鎵鋁 (AlGaInP) - 高亮度的橘紅色， 橙色，黃色，綠色
* 磷砷化鎵 (GaAsP) - 紅色，橘紅色，黃色
* 磷化鎵 (GaP) - 紅色，黃色，綠色
* 氮化鎵 (GaN) - 綠色，翠綠色，藍色
* 銦氮化鎵 (InGaN) - 近紫外線，藍綠色，藍色
* 碳化矽 (SiC) (用作襯底) - 藍色
* 矽 (Si) (用作襯底) - 藍色 (開發中)
* 藍寶石 (Al2O3) (用作襯底) - 藍色
* 硒化鋅 (ZnSe) - 藍色
* 鑽石 (C) - 紫外線
* 氮化鋁 (AlN), 鋁氮化鎵 (AlGaN) - 波長為遠至近的紫外線

藍光與白光LED
用GaN形成的藍光LED
用GaN形成的藍光LED

現時生產的白光LED大部分是通過在藍光LED(near-UV,波長 450 nm 至 470 nm)上覆蓋一層淡黃色螢光粉塗層製成的，這種黃色磷光體通常是通過把摻了鈰的釔-鋁-鎵(Ce3+:YAG) 晶體磨成粉末後混和在一種稠密的黏合劑中而製成的。當LED晶片發出藍光，部分藍光便會被這種晶體很高效地轉換成一個光譜較寬（光譜中心約為580nm）的主要為黃色的光。(實際上單晶的摻Ce的YAG被視為閃爍器多於磷光體。)由於黃光會刺激肉眼中的紅光和綠光受體，再混合LED本身的藍光，使它看起來就像白色光，而其的色澤常被稱作「月光的白色」。 這種製作白光LED的方法是由Nichia Corporation所開發並從1996年開始用在生產白光LED上。 若要調校淡黃色光的顏色，可用其他稀土金屬鋱或釓取代Ce3+:YAG 中摻入的鈰(Ce)，甚至可以以取代YAG中的部份或全部鋁的方式做到。

而基於其光譜的特性，紅色和綠色的物件在這種LED照射下看起來會不及闊譜光源照射時那麼鮮明。

另外由於生產工藝的波動，這種LED的成品的色溫並不統一，從暖黃色的到冷的藍色都有，所以在生產過程中會以其出來的特性作出區分。

另一個製作的白光LED的方法則有點像日光燈，發出近紫外光的LED會被塗上兩種磷光體的混合物，一種是發紅光和藍光的銪，另一種是發綠光的，摻雜了硫化鋅(ZnS)的銅和鋁。但由於紫外線會使黏合劑中的環氧樹脂裂化變質，所以生產難度較高，而壽命亦較短。與第一種方法比較，它效率較低而產生較多熱(因為Stokes Shift前者較大)，但好處是光譜的特性較佳，產生的光比較好看。而由於紫外光的LED功率較高，所以其效率雖比較第一種方法低，出來的亮度卻相若。

最新一種製造白光LED的方法沒再用上磷光體。新的做法是在硒化鋅(ZnSe)基板上生長硒化鋅的磊晶層。通電時其活躍地帶會發出藍光而基板會發黃光，混合起來便是白色光。

其他顏色
近期開發出來的LED顏色包括粉紅色和紫色，都是在藍光LED上覆蓋上一至兩層的磷光體造成。粉紅色LED用的第一層磷光體能發黃光，而第二層則發出橙色或紅色光。而紫色LED用的磷光體發橙色光。另外一些粉紅色LED的製造方法則存在一定的問題，例如有些粉紅色LED是在藍光LED塗上螢光漆或指甲油，但它們有機會剝落；而有些則用上白光LED加上粉紅色磷光體或染料，可是在短時間內顏色會褪去。

價錢方面，紫外線、藍色、純綠色、白色、粉紅色和紫色LED是較紅色、橙色、綠色、黃色、紅外線LED貴的，所以前者在商業用途上比較遜色。

發光二極體是封裝在塑料透鏡內的，比使用玻璃的燈泡或日光燈更堅固。而有時這些外層封裝會被上色，但這只是為了裝飾或增加對比度，實質上並不能改變發光二極體發光的顏色.。

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