由鎵（Ga）和氮（N）構(gòu)成的化合物半導(dǎo)體。帶隙為3.45eV（用光的波長(zhǎng)表示相當(dāng)于約365nm），比硅（Si）要寬3倍。利用該特性，GaN主要應(yīng)用于光元件。通過(guò)混合銦（In）和鋁（Al）調(diào)整帶隙，所獲得的和藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光器等發(fā)光元件已經(jīng)實(shí)用化。
GaN由于帶隙較寬，可產(chǎn)生藍(lán)色和綠色等波長(zhǎng)較短的光。藍(lán)色LED和藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光器，采用了在GaN中添加In形成的InGaN。除了帶隙較寬以外，GaN還具有盡緣破壞電場(chǎng)高、電場(chǎng)飽和速度快、導(dǎo)熱率高等半導(dǎo)體材料的優(yōu)異特性。另外，采用HEMT（High ectron Mobility Transistor）構(gòu)造的GaN類(lèi)半導(dǎo)體元件，其載流子遷移率較高，適適用作高頻元件。原因是會(huì)產(chǎn)生名為“二維電子氣體層”的電子高速活動(dòng)領(lǐng)域。而且，由于盡緣破壞電場(chǎng)要比Si和GaAs大，耐壓較高，可施加更高的電壓。因此，在手機(jī)基站等高頻功率放大器電路中采用GaN類(lèi)HEMT的話(huà)，能夠進(jìn)步電力附加效率，降低耗電。
最近，GaN作為逆變器及變壓器等電力轉(zhuǎn)換器使用的功率元件也極受期待。原因是與Si功率元件相比，GaN類(lèi)功率元件可大幅降低電力損失。由于盡緣破壞電場(chǎng)較高，能夠通過(guò)減薄元件降低導(dǎo)通電阻，從而降低導(dǎo)通損失。
GaN類(lèi)功率元件還有助于實(shí)現(xiàn)電力轉(zhuǎn)換器的小型化。原因是與Si功率元件相比，GaN類(lèi)功率元件能夠以高開(kāi)關(guān)頻率工作，可縮小周邊部件的尺寸。另外，由于導(dǎo)熱率高，還可縮小冷卻機(jī)構(gòu)。鑒于上述優(yōu)點(diǎn)，從事服務(wù)器、混合動(dòng)力車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)以及白色家電業(yè)務(wù)的廠商等非常關(guān)注GaN類(lèi)功率元件。據(jù)悉，2011年GaN類(lèi)功率元件將有看配備于服務(wù)器電源。
倒裝芯片安裝（flip-chip bonding）
在底板上直接安裝芯片的方法之一。連接芯片表面和底板時(shí)，并不是像引線(xiàn)鍵合一樣那樣利用引線(xiàn)連接，而是利用陣列狀排列的，名為焊點(diǎn)的突起狀端子進(jìn)行連接。與引線(xiàn)鍵合相比，可減小安裝面積。另外，由于布線(xiàn)較短，還具有電特性?xún)?yōu)異的特點(diǎn)。主要用于對(duì)小型和薄型具有較高要求的便攜產(chǎn)品電路以及重視電特性的高頻電路等。另外為了將芯片發(fā)出的熱量輕易地傳遞到底板上，需要解決發(fā)熱題目的LED也有采用這種安裝技術(shù)的。
將收納于封裝中時(shí)假如采用倒裝芯片技術(shù)，發(fā)光層（發(fā)熱源）間隔封裝一側(cè)就較近。因此，輕易將LED芯片的熱量散發(fā)到封裝側(cè)。
另外，采用倒裝芯片安裝方法安裝LED芯片的話(huà)，發(fā)光層的光射出外部時(shí)不會(huì)受到電極的遮蔽。尤其是采用藍(lán)寶石底板的藍(lán)色LED等只在LED芯片一面設(shè)置電極的產(chǎn)品，其效果更為明顯。通過(guò)倒裝芯片安裝的LED的發(fā)光效率，與采用引線(xiàn)鍵合的安裝相比，可進(jìn)步數(shù)十％。
用于LSI時(shí)可削減芯片面積
倒裝芯片安裝多用于LSI。原因是由于芯片整體擁有輸進(jìn)輸出（I/O）端子，由此可縮小芯片面積。以前，采用通常使用的引線(xiàn)鍵合方法時(shí)，I/O端子在芯片四周，為了備齊所需的I/O數(shù)目，必須擴(kuò)大芯片面積。倒裝芯片安裝方法無(wú)需引線(xiàn)的布線(xiàn)空間，所以可縮小封裝。另外還能降低電源噪聲，布線(xiàn)電感以及由電阻引起的電力損失。
采用倒裝芯片進(jìn)步光提取效率
通過(guò)將位于發(fā)光層下部的藍(lán)寶石底板設(shè)置在上部，進(jìn)步了光提取效率。
[1]
標(biāo)準(zhǔn)芯片／大型芯片（regular chip/large chip）
藍(lán)色LED和白色LED的標(biāo)準(zhǔn)芯片是收納于封裝內(nèi)的LED芯片，大體上一邊的尺寸為200～300μm。外形因用途而異，有正方形和長(zhǎng)方形等。例如，小型液晶面板背照燈光源使用的白色LED大多配備長(zhǎng)方形的藍(lán)色LED芯片。
相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)芯片，還有尺寸在1mm見(jiàn)方，面積為標(biāo)準(zhǔn)芯片10倍的大型芯片。另外，尺寸介于大型芯片和標(biāo)準(zhǔn)芯片之間，稱(chēng)為“中型”的芯片也日漸增多。
以前，輸進(jìn)功率超過(guò)1W的用具和大型背照燈用LED不使用標(biāo)準(zhǔn)芯片，而使用大型芯片。但最近安裝多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)芯片以進(jìn)步亮寧波餐飲美食網(wǎng)度的方法（多芯片型）越來(lái)越引人注目。目前在照明用途中，從最常用的輸進(jìn)功率1W級(jí)的品種，到輸進(jìn)功率超過(guò)10W品種的多芯片型均告實(shí)現(xiàn)，與采用大尺寸芯片的方法展開(kāi)了競(jìng)爭(zhēng)。泡也開(kāi)始采用多芯片型，例如東芝照明技術(shù)2010年1月發(fā)布的產(chǎn)品，就采用了將56個(gè)標(biāo)準(zhǔn)芯片集成于一個(gè)封裝的白色LED。
通過(guò)重疊多個(gè)芯片減少特性不均
大輸出功率白色LED的實(shí)現(xiàn)方法包括使用1mm見(jiàn)方的大尺寸藍(lán)色LED芯片的方法，以及將多個(gè)約0.3mm見(jiàn)方的小尺寸藍(lán)色LED芯片收納于一個(gè)封裝內(nèi)的方法。使用多個(gè)小尺寸LED芯片，即使封裝內(nèi)的藍(lán)色LED芯片的發(fā)光特性不均，由于每個(gè)芯片的發(fā)光光譜疊加，所以不同封裝之間不輕易出現(xiàn)特性偏差。
多芯片型和大型芯片各有利弊。從照明用具廠商和用戶(hù)等使用方的角度來(lái)看，多芯片型的優(yōu)點(diǎn)是白色LED間的色差較少，散熱面廣。LED芯片目前仍存在發(fā)光波長(zhǎng)不均的現(xiàn)象。通過(guò)使用多個(gè)芯片，可使發(fā)光波長(zhǎng)均勻化，降低各個(gè)間的波長(zhǎng)不均現(xiàn)象。此外還具有如下優(yōu)點(diǎn)：因LED芯片分散于封裝內(nèi)，不輕易發(fā)生熱集中現(xiàn)象，由于散熱性好，可輕松控制溫度上升。
光學(xué)設(shè)計(jì)（optical design）LED的用途包括指示器、液晶面板背照燈、照明用具以及前照燈等，范圍極廣。對(duì)白色LED的發(fā)光特性要求呈現(xiàn)出多樣化趨勢(shì)。另外，LED是，而且具有指向性較強(qiáng)的特點(diǎn)。要想滿(mǎn)足廣泛的用途要求，需要根據(jù)LED的這些特點(diǎn)，采用等光學(xué)部件，將屬于點(diǎn)光源且指向性強(qiáng)的LED光線(xiàn)轉(zhuǎn)變?yōu)樗诳垂鈱W(xué)特性的光學(xué)設(shè)計(jì)必不可少。光學(xué)設(shè)計(jì)將為L(zhǎng)ED增添價(jià)值。
日美歐的LED廠商正在瞄準(zhǔn)背照燈，車(chē)載設(shè)備以及照明產(chǎn)品等新興市場(chǎng)擴(kuò)大業(yè)務(wù)范圍。在新興市場(chǎng)上，與光學(xué)部件的組合使用，面向產(chǎn)品的安裝方法，產(chǎn)品整體的配光控制等越來(lái)越重要。LED廠商的目標(biāo)是涉足這些領(lǐng)域，進(jìn)步產(chǎn)品的附加值。
在照明用途領(lǐng)域，要想接近所期看的光學(xué)設(shè)計(jì)，不但要預(yù)備放射角各異的多種產(chǎn)品，LED廠商還在很多方面下了工夫。例如，德國(guó)歐司朗光電半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)了多種透鏡的使用。備有不同形式的高輸出功率白色LED和透鏡，將放射角各異的透鏡與白色LED相結(jié)合。在白色LED的封裝上開(kāi)孔，以插進(jìn)帶有突出的透鏡。這樣一來(lái)，白色LED的放射面和透鏡的光軸便可輕松結(jié)合在一起，而且一旦結(jié)合在一起，光軸就不會(huì)錯(cuò)位。
面向新市場(chǎng)擴(kuò)大業(yè)務(wù)領(lǐng)域
日美歐的LED廠商欲瞄準(zhǔn)背照燈、車(chē)載設(shè)備以及照明產(chǎn)品等新市場(chǎng)擴(kuò)大業(yè)務(wù)領(lǐng)域。在新市場(chǎng)上，與光學(xué)部件的組合使用、面向產(chǎn)品的安裝方法以及產(chǎn)品整體的配光控制越來(lái)越重要。LED廠商的目標(biāo)是涉足這些領(lǐng)域，進(jìn)步產(chǎn)品的附加值。
在液晶面板背照燈用途方面，在進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，與LED組合使用以獲得均勻的面發(fā)光的光學(xué)部件變得越來(lái)越重要。
散熱（thermal design）
LED由于發(fā)光部較小，為局部熱源，因此必須充分考慮對(duì)該部分的散熱對(duì)策。LED亮度和壽命受溫度影響會(huì)發(fā)生大幅變化，因此假如散熱設(shè)計(jì)不完善，就無(wú)法獲得期看的特性。LED的溫度上升，正向電壓就會(huì)降低，不但會(huì)導(dǎo)致發(fā)光效率惡化，還會(huì)縮短壽命。照明用具和汽車(chē)車(chē)燈采用多個(gè)白色LED，使用了手機(jī)背照燈數(shù)百倍的光通量。為了增大電流，亮度越亮，就越需要采取各種散熱對(duì)策。溫度輕易升高的高功率產(chǎn)品，其封裝也需要采用具有耐熱性的珍貴材料，因此還會(huì)導(dǎo)致本錢(qián)增加。也就是說(shuō)，散熱是關(guān)系到效率、本錢(qián)和壽命等多個(gè)方面的重要因素。
LED散熱主要是根據(jù)熱傳導(dǎo)原理傳遞熱量。因此，其構(gòu)造為通過(guò)向多種材料傳遞熱量，逐步擴(kuò)大受熱面積，終極向空氣中散熱。傳遞途中存在多種固體材料，材料間存在接觸部分。由于固體與固體的接觸面上存在的微小凹凸以及面的彎曲等，中間會(huì)產(chǎn)生縫隙，導(dǎo)致出現(xiàn)熱阻現(xiàn)象。如何抑制熱阻現(xiàn)象的出現(xiàn)是進(jìn)步LED整體導(dǎo)熱性的關(guān)鍵。
熱傳導(dǎo)材料方面，具有熱擴(kuò)散作用的材料尤為重要。充分利用將點(diǎn)的發(fā)熱擴(kuò)大到面的材料，使元件整體保持均勻的溫度。簡(jiǎn)而言之，熱源與其周邊幾乎沒(méi)有溫差的狀態(tài)是LED構(gòu)造中最為理想的。
[2]
芯片→封裝→印刷底板巧妙散發(fā)熱量
要進(jìn)步使用LED的產(chǎn)品的散熱性，必須將受電力輸進(jìn)影響而溫度上升的LED芯片的熱量充分導(dǎo)出。為此，①在降低從芯片到封裝的熱阻的基礎(chǔ)上，還要②降低從封裝至印刷布線(xiàn)底板的熱阻，③為了散發(fā)印刷布線(xiàn)底板的熱量，最后還要預(yù)備一條將芯片熱量順利散發(fā)到空氣中的通道。
利用散熱片和散熱管防止LED燈過(guò)熱
豐田汽車(chē)的“雷克薩斯 LS600h”上配備的LED前照燈為了防止白色LED燈過(guò)熱，在各燈的背面設(shè)置了散熱片（a）。為了能更有效地散熱，還設(shè)置了散熱管，預(yù)防燈殼過(guò)熱（b）。通過(guò)這些措施，即使不使用基于冷卻扇的強(qiáng)制空冷，也可為白色LED燈散熱。
隨著高輸出功率封裝的采用不斷增加，近來(lái)，LED照明用具大多在印刷底板中使用金屬底板。不過(guò)，即便是金屬底板，確保充分散熱還是越來(lái)越困難。對(duì)此，散熱性高的新構(gòu)造底板方案被提了出來(lái)。
例如，電氣化學(xué)產(chǎn)業(yè)研究的“AGSP底板”采用在熱傳導(dǎo)較高的盡緣樹(shù)脂中嵌進(jìn)Cu突起，將LED的熱量經(jīng)過(guò)Cu突起散發(fā)到安裝面的另一側(cè)。假如讓散熱片和外殼能夠接觸，即可實(shí)現(xiàn)有效散熱。該公司表示，假如是相當(dāng)于40W白熾燈的LED，采用金屬底板即可充分散熱，但假如安裝的是相當(dāng)于100W白熾燈的LED，還是AGSP底板更有效。Cu突起的直徑相對(duì)于LED芯片可實(shí)現(xiàn)足夠大的4mm左右。
散熱性?xún)?yōu)異的AGSP底板
由電氣化學(xué)產(chǎn)業(yè)與大和產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)。右為安裝LED封裝的示例。經(jīng)過(guò)Cu突起將LED元件的熱量散發(fā)到底板里側(cè)。
此外，作為高輸出功率LED用底板，還有在熱傳導(dǎo)率較高的AlN板上印刷Ag膏的陶瓷底板。
[3]
封裝材料（packaging materials）
將LED芯片安裝到封裝中時(shí)，為了將LED芯片發(fā)出的光提取到封裝外部，封裝的一部分或者大部分采用透明材料。透明材料使用的是環(huán)氧樹(shù)脂和硅樹(shù)脂，最近還在開(kāi)發(fā)玻璃材料。環(huán)氧樹(shù)脂用于作為指示器和小型液晶面板背照燈光源使用的、輸出功率較小的LED。而硅樹(shù)脂則用于輸出功率較大的LED。
硅樹(shù)脂與環(huán)氧樹(shù)脂相比，可抑制材質(zhì)劣化后光透射率的下降速度。用于照明用具和大尺寸液晶面板背照燈等的高輸出功率產(chǎn)品幾乎全部采用基于硅樹(shù)脂的封裝技術(shù)。針對(duì)波長(zhǎng)為400nm～450nm的光，環(huán)氧樹(shù)脂最多會(huì)吸收數(shù)％，而硅樹(shù)脂還不到1％。樹(shù)脂的劣化速度也相對(duì)緩慢。有LED廠商稱(chēng)，采用環(huán)氧樹(shù)脂的話(huà)，到達(dá)亮度減半時(shí)的壽命最多為1萬(wàn)小時(shí)，而采用硅樹(shù)脂，亮度減半所需的時(shí)間延長(zhǎng)到了4萬(wàn)小時(shí)。順便提一下，4萬(wàn)小時(shí)的元件壽命與照明產(chǎn)品的設(shè)計(jì)壽命相同，因此照明產(chǎn)品的設(shè)計(jì)壽命期間無(wú)需更換白色LED。
采用硅樹(shù)脂作為封裝材料，使用一萬(wàn)小時(shí)也幾乎不會(huì)發(fā)生劣化
大輸出功率白色LED中，假如LED芯片的封裝材料使用硅樹(shù)脂，400nm左右的光的透射率比環(huán)氧樹(shù)脂高，而且點(diǎn)亮一萬(wàn)小時(shí)后亮度也幾乎不會(huì)發(fā)生劣化（a）。另一方面，由于環(huán)氧樹(shù)脂吸收短波長(zhǎng)的光，材質(zhì)劣化導(dǎo)致透射率下降，因此亮度明顯降低（b）?！ 〔捎貌ＡР牧?，其劣化抑制效果比硅樹(shù)脂還要高。豐田合成等著手進(jìn)行了研究，在陶瓷底板上設(shè)置金（Au）突起，在其上面安裝藍(lán)色LED芯片，然后利用混合了黃色熒光體的無(wú)機(jī)玻璃材料封裝藍(lán)色LED芯片整體。由于全部由無(wú)機(jī)材料構(gòu)成，因此可靠性較高。
[4]
熒光體（fluorescent materials）
在藍(lán)色LED和近紫外LED等LED元件中，為了獲得白色光等LED芯片本身發(fā)光色以外的光，需要使用熒光體。為形成白色LED而與藍(lán)色LED芯片組合使用的熒光體包括，黃色熒光體、黃色熒光體與紅色熒光體的組合、以及綠色熒光體與紅色熒光體的組合等……
在藍(lán)色LED和近紫外LED等LED元件中，為了獲得白色光等LED芯片本身發(fā)光色以外的光，需要使用熒光體。為形成白色LED而與藍(lán)色LED芯片組合使用的熒光體包括，黃色熒光體、黃色熒光體與紅色熒光體的組合、以及綠色熒光體與紅色熒光體的組合等。熒光體材料包括YAG（釔·鋁·石榴石）系、TAG（鋱·鋁·石榴石）系、SiAlON系以及BOS（原硅酸鋇）系等。
利用藍(lán)色LED芯片和熒光體構(gòu)成白色LED時(shí)，一般采用（1）將熒光體與樹(shù)脂材料混合，覆蓋到藍(lán)色LED芯片上；（2）將混合了熒光體的膜貼到藍(lán)色LED芯片上；（3）在藍(lán)色LED芯片的發(fā)光面上直接涂布熒光體等方法。其中（1）的方法最為常用。
最近比較引人關(guān)注的是方法（3）。假如采用在LED芯片上直接涂布熒光體的構(gòu)造，則只有LED芯片表面部分存在熒光體。由此，通過(guò)芯片表面部分后的光不會(huì)由于熒光體而發(fā)生漫射現(xiàn)象。另外，還能從同一個(gè)面上放射藍(lán)色和黃色光。尤其是組合使用透鏡時(shí)，具有可獲得非常完美的配光等優(yōu)點(diǎn)。德國(guó)歐司朗光電半導(dǎo)體等采用的就是該方法。
抑制熒光體的光漫射
由日本電氣化學(xué)產(chǎn)業(yè)與大和產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)。右為安裝LED封裝的示例。經(jīng)過(guò)Cu突起將LED元件將熒光體直接涂布到芯片上的構(gòu)造與采用原有構(gòu)造但改變熒光體粒子大小的方法進(jìn)行的比較。
以前在封裝LED芯片時(shí)，采用的是在安裝到LED芯片表面的透明硅樹(shù)脂中混合熒光體的方法。采用該方法，根據(jù)熒光體發(fā)生變化的光波在碰到其他熒光體時(shí)會(huì)發(fā)生漫射。在反復(fù)發(fā)生漫射的過(guò)程中，會(huì)導(dǎo)致光衰減。
白色LED（white light emitting diodes）
白色LED指將多種不同波長(zhǎng)的光疊加輸出白色光線(xiàn)的二極管。主要用于液晶面板的背照燈光源、照明光源、霓虹燈、指示器光源以及汽車(chē)前照燈光源等，應(yīng)用范圍較廣。由于耗電量低且壽命長(zhǎng)，因此可代替熒光管和白熾燈成為新一代光源而備受期待。白色LED中，加強(qiáng)紅色調(diào)，發(fā)光顏色與白熾燈相似的品種稱(chēng)為燈泡色LED。
從2008～2009年前后開(kāi)始，發(fā)光效率超過(guò)80lm/W和100lm/W的白色LED相繼面世，實(shí)際使用時(shí)的光利用效率超過(guò)了熒光燈。由此照明用白色LED的可能性一舉進(jìn)步。LED廠商和LED照明的業(yè)界團(tuán)體，已經(jīng)制定了今后進(jìn)一步進(jìn)步高輸出功率產(chǎn)品的發(fā)光效率的發(fā)展藍(lán)圖。
白色LED單位亮度的價(jià)格在逐年降低。例如與熒光燈相比，獲得1lm光通量的光源價(jià)格，2005年時(shí)白色LED約高出100倍，但LED廠商通過(guò)增加生產(chǎn)設(shè)備，進(jìn)步成品率，將單位亮度的價(jià)格現(xiàn)在控制在了熒光燈的2倍以?xún)?nèi)。
[5]
將藍(lán)色LED等與熒光材料相組合
白色光的實(shí)現(xiàn)方法大體分為三種。第一，用藍(lán)色LED芯片發(fā)出的光線(xiàn)照射熒光體得到白色光。第二，將近紫外LED芯片發(fā)出的光線(xiàn)照射多種熒光材料使得光線(xiàn)混合成白色。第三，使R(紅色)，G（藍(lán)色），B（藍(lán)色）三色LED同時(shí)發(fā)光混色而成。
不斷進(jìn)步的白色LED效率
日亞化學(xué)產(chǎn)業(yè)的量產(chǎn)白色LED的發(fā)光效率變化圖。包括脈沖發(fā)光產(chǎn)品在內(nèi)。
其中的主流方法是利用藍(lán)色LED芯片的白色LED。熒光材料包括采用黃色熒光材料、在黃色熒光體中加進(jìn)紅色熒光體的材料、以及組合了綠色熒光體和紅色熒光體的材料等。例如使用黃色熒光體時(shí)，用藍(lán)色光的一部分照射熒光體，輸出黃色光，再混合藍(lán)色和黃色而獲得白色光。此時(shí)，紅色光較弱，所以只能得到近似白色光；由于色溫較高，因此形成的是藍(lán)白光（色溫較高的光）。這一題目可寧波豐胸網(wǎng)通過(guò)使用紅色熒光體減輕。假如進(jìn)一步加強(qiáng)紅色熒光體發(fā)的光，就會(huì)形成與白熾燈相接近的光（燈泡色LED）。另外，利用近紫外LED芯片的白色LED，其發(fā)光光譜更輕易接近自然光。
藍(lán)色LED
指藍(lán)色。發(fā)光波長(zhǎng)的中心為470nm前后。用于照明用具和指示器等藍(lán)色顯示部分的光源、的藍(lán)色光源以及液晶面板的背照燈光源等。與熒光體材料組合使用可得到白色光。目前的白色LED一般采用藍(lán)色LED與熒光材料相組合的構(gòu)造。
藍(lán)色LED得以廣泛應(yīng)用的契機(jī)，是日亞化學(xué)產(chǎn)業(yè)于1993年12月在業(yè)內(nèi)首次開(kāi)發(fā)出了光強(qiáng)達(dá)1cd以上的品種。而在此之前，還沒(méi)有藍(lán)色純度較高且具有實(shí)用光強(qiáng)的LED。因此，采用LED的大尺寸顯示屏無(wú)法實(shí)現(xiàn)全彩顯示。
藍(lán)色LED的材料使用氮化鎵（GaN）類(lèi)半導(dǎo)體。以前曾盛行用硒化鋅（ZnSe）類(lèi)半導(dǎo)體開(kāi)發(fā)藍(lán)色LED，但自從1993年12月采用GaN類(lèi)半導(dǎo)體的高亮度藍(lán)色LED被開(kāi)發(fā)出來(lái)后，藍(lán)色LED的主流就變成了采用GaN類(lèi)半導(dǎo)體的產(chǎn)品。
羅姆的藍(lán)色LED的發(fā)光情景。
藍(lán)色LED的構(gòu)造為，在藍(lán)寶石或者SiC底板等的表面上，重疊層積氮化鋁（AlN）半導(dǎo)體層和GaN類(lèi)半導(dǎo)體層。在稱(chēng)為活性層、發(fā)藍(lán)色光的部分設(shè)置了使p型GaN類(lèi)半導(dǎo)體層和n型GaN類(lèi)半導(dǎo)體層重疊的構(gòu)造。
pn結(jié)是制作所必須采用的構(gòu)造。在使用GaN以外材料的紅色等LED中，pn結(jié)很早以前就是主流構(gòu)造。而在1993年高亮度藍(lán)色LED面世之前，采用GaN類(lèi)材料難以實(shí)現(xiàn)pn結(jié)。原因是制成n型GaN類(lèi)半導(dǎo)體層雖較為簡(jiǎn)單，但p型GaN系半導(dǎo)體層的制作則較為困難。之后，通過(guò)對(duì)在p型GaN類(lèi)半導(dǎo)體層和n型GaN類(lèi)半導(dǎo)體層之間配置的GaN類(lèi)半導(dǎo)體層采用多重量子阱構(gòu)造，并進(jìn)一步改善GaN類(lèi)半導(dǎo)體層的質(zhì)量，光強(qiáng)獲得了大幅進(jìn)步。
綠色LED
發(fā)射綠光的二極管。發(fā)光中心波長(zhǎng)在560nm左右。用于霓虹燈和指示器、LED顯示器的光源以及液晶面板的背照燈光源等。
綠色LED與紅色LED及藍(lán)色LED相比，被以為尚有較大的改進(jìn)余地。組合紅色LED、綠色LED和藍(lán)色LED構(gòu)成LED顯示器或液晶面板的背照燈光源時(shí)，為了調(diào)制成亮度高且均衡的白色，考慮到人眼的視覺(jué)靈敏度，RGB三色LED光量的分配比例需為約3:6:1或者約3:7:1。因綠色LED的亮度不足，因此必須使用多個(gè)綠色LED來(lái)進(jìn)步輸出功率。綠色LED主要使用的GaN類(lèi)半導(dǎo)體材料比用于藍(lán)色LED時(shí)的效率低，輸進(jìn)相同的電力，光輸出功率較低。
這種狀況開(kāi)始出現(xiàn)改觀。日本國(guó)內(nèi)外的大學(xué)和LED芯片廠商等已開(kāi)始著手研究通過(guò)改變GaN結(jié)晶的成長(zhǎng)面，來(lái)大幅進(jìn)步效率。假如GaN類(lèi)半導(dǎo)體的結(jié)晶面得以改變，有可能會(huì)將綠色LED的效率進(jìn)步至目前的2倍以上。
目前銷(xiāo)售的GaN類(lèi)半導(dǎo)體綠色LED效率低下的原因主要在于壓電場(chǎng)。壓電場(chǎng)是指因結(jié)晶構(gòu)造的應(yīng)力而導(dǎo)致的壓電極化所產(chǎn)生的電場(chǎng)。市場(chǎng)上銷(xiāo)售的綠色LED多是以GaN結(jié)晶的極性面c面（0001）為成長(zhǎng)面，以其法線(xiàn)方向（c軸）為成長(zhǎng)軸的層積GaN類(lèi)半導(dǎo)體層等。通過(guò)改變成長(zhǎng)軸來(lái)減弱壓電極化，以與GaN類(lèi)結(jié)晶的c面垂直的稱(chēng)為a面或m面的非極性面，或者相對(duì)于c面傾斜的半極性面為成長(zhǎng)面，以每個(gè)面的法線(xiàn)方向?yàn)槌砷L(zhǎng)軸的綠色LED的研究非常活躍。
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紅色LED 發(fā)射紅光的二極管。發(fā)光中心波長(zhǎng)在620～630nm左右。主要用于霓虹燈、指示器、汽車(chē)尾燈和信號(hào)機(jī)等中的紅色顯示部分的光源、LED顯示器的紅色光源以及液晶面板的背照燈光源等，應(yīng)用范圍廣泛。
目前，紅色LED的主流材料是A lInGaP化合物半導(dǎo)體。AlInGaP因使用Al，Ga，In和P這4種元素，所以稱(chēng)為4元材料。在LED領(lǐng)域4元材料一般就是指AlInGaP。不僅僅是紅色，AlInGaP還涵蓋了從紅色到黃色的波長(zhǎng)范圍。
進(jìn)進(jìn)20世紀(jì)90年代后AlInGaP的亮度迅速增加。這是由于以法為代表的氣相外延成長(zhǎng)技術(shù)取得進(jìn)步，結(jié)晶的質(zhì)量得以進(jìn)步的結(jié)果。而在AlInGaP面世以前，GaAs類(lèi)半導(dǎo)體為主流材料。采用的是液相外延成長(zhǎng)技術(shù)。
羅姆的紅色LED的發(fā)光情景
紅色LED與藍(lán)色LED及綠色LED相比，驅(qū)動(dòng)電壓和溫度特性有所不同。這是由于半導(dǎo)體材料不同，紅色LED采用AlInGaP，而藍(lán)色LED和綠色LED采用GaN類(lèi)材料。驅(qū)動(dòng)電壓（正向電壓）方面，紅色LED為2V以上，而藍(lán)色LED和綠色LED為3V以上。溫度特性方面，紅色LED的輸出功率會(huì)因溫度影響而發(fā)生較大的變化，高溫時(shí)輸出功率的降低比綠色LED和藍(lán)色LED要明顯。因這些特征上的差異，液晶面板的背照燈和LED顯示器等組合使用紅色LED、藍(lán)色LED和綠色LED時(shí)就需要采取相應(yīng)的措施。例如，利用色彩傳感器監(jiān)測(cè)紅色LED的特性變化，還需要進(jìn)步LED的散熱性能等。
※InGaN和AlInGaP在綠色波長(zhǎng)帯的外部量子效率均大幅下降。
紫外LED
發(fā)射紫外光的二極管。一般指發(fā)光中心波長(zhǎng)在400nm以下的LED，但有時(shí)將發(fā)光波長(zhǎng)大于380nm時(shí)稱(chēng)為近紫外LED，而短于300nm時(shí)稱(chēng)為深紫外LED。因短波長(zhǎng)光線(xiàn)的殺菌效果高，因此紫外LED常用于冰箱和家電等的殺菌及除臭等用途……
發(fā)射紫外光的二極管。一般指發(fā)光中心波長(zhǎng)在400nm以下的LED，但有時(shí)將發(fā)光波長(zhǎng)大于380nm時(shí)稱(chēng)為近紫外LED，而短于300nm時(shí)稱(chēng)為深紫外LED。因短波長(zhǎng)光線(xiàn)的殺菌效果高，因此紫外LED常用于冰箱和家電等的殺菌及除臭等用途，以及與熒光體組合發(fā)出可視光的LED等用途。例如將紅色、綠色和藍(lán)色熒光體與紫外LED組合，可獲得白色LED。
紫外LED主要采用GaN類(lèi)半導(dǎo)體。產(chǎn)品方面，日亞化學(xué)產(chǎn)業(yè)上市了發(fā)光中心波長(zhǎng)從365nm～385nm不等的品種，Nitride Semiconductor上市了發(fā)光中心波長(zhǎng)為355nm～375nm不等的品種。
日亞化學(xué)產(chǎn)業(yè)2002年發(fā)布的紫外LED
LED芯片的尺寸為1mm×1mm，為普通LED的10倍，而且收納于具有金屬封裝內(nèi)。
波長(zhǎng)不足300nm的深紫外LED的開(kāi)發(fā)活動(dòng)也很活躍。2008年理化學(xué)研究所和松下電工曾公布，采用GaN類(lèi)半導(dǎo)體的InAlGaN開(kāi)發(fā)出了發(fā)光中心波長(zhǎng)為282nm，光輸出功率為10mW的深紫外LED。波長(zhǎng)更短的深紫外LED方面，NTT物性科學(xué)基礎(chǔ)研究所采用AlN材料開(kāi)發(fā)出了發(fā)光中心波長(zhǎng)為210nm的深紫外LED。
紅外LED
發(fā)射紅外光線(xiàn)的二極管。一般指發(fā)光中心波長(zhǎng)超過(guò)700nm的LED。多用作遠(yuǎn)控器和紅外線(xiàn)通訊的光源、測(cè)距傳感器光源、光電耦合器光源以及打印機(jī)機(jī)頭的光源等。紅外LED使用AlGaAsP等GaAs類(lèi)半導(dǎo)體材料。
紅外LED的正向電壓約為1.5V。與紅色LED的2V以上和藍(lán)色LED的3V以上相比要低。
紅外LED的歷史悠久。1962年就發(fā)現(xiàn)了利用以GaAs為代表的III-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體的pn結(jié)可放射出相當(dāng)于紅外光的電磁波的現(xiàn)象。
壓電電場(chǎng)（piezoelectric fields）
根據(jù)結(jié)晶構(gòu)造的應(yīng)力而產(chǎn)生的壓電極化而發(fā)生的電場(chǎng)。是導(dǎo)致以InGaN等GaN類(lèi)半導(dǎo)體為發(fā)光層的藍(lán)色LED和綠色LED的外部量子效率降低的原因之一。該現(xiàn)象不僅限于LED，作為降低藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光器耗電量的技術(shù)、以及實(shí)現(xiàn)綠色半導(dǎo)體激光器的技術(shù)如何避免壓電電場(chǎng)的出現(xiàn)備受關(guān)注。
市場(chǎng)上銷(xiāo)售的InGaN類(lèi)以GaN結(jié)晶的極性面c面（0001）為生長(zhǎng)面，以其法線(xiàn)方向（c軸）為生長(zhǎng)軸，在基片上層積InGaN層等。此時(shí)，生長(zhǎng)軸c軸方向就會(huì)產(chǎn)生壓電電場(chǎng)。由于該原因，注進(jìn)發(fā)光層的電子和空***分離，導(dǎo)致促成發(fā)光的再結(jié)合的出現(xiàn)率下降。內(nèi)部量子效率由此降低，從而導(dǎo)致外部量子效率降低。
c軸方向產(chǎn)生壓電電場(chǎng)，是由于InGaN層的結(jié)晶構(gòu)造歪曲變形導(dǎo)致出現(xiàn)了壓電極化。構(gòu)成InGaN層的InN和GaN的a軸方向的晶格常數(shù)存在的差距是產(chǎn)生變形的原因。除了發(fā)生壓電極化外，InGaN層在結(jié)晶構(gòu)造上還會(huì)產(chǎn)生自發(fā)極化。不過(guò)，壓電極化產(chǎn)生的電場(chǎng)較大，自發(fā)極化產(chǎn)生的電場(chǎng)與壓電電場(chǎng)相比非常小。
在半極性面和非極性面上制作LED時(shí)的優(yōu)點(diǎn)
目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的發(fā)光層采用InGaN的藍(lán)色LED和綠色LED，是沿GaN的c面（0001）的法線(xiàn)（c軸）方向生長(zhǎng)結(jié)晶的。不過(guò)，生長(zhǎng)方向c軸方向上會(huì)產(chǎn)生壓電電場(chǎng)，從而導(dǎo)致發(fā)光效率降低等。假如在相對(duì)于c面垂直的a面和m面等非極性面的法線(xiàn)（a軸，m軸）方向，或者相對(duì)于c面傾斜的半極性面的法線(xiàn)方向生長(zhǎng)結(jié)晶，即可減弱壓電電場(chǎng)對(duì)生長(zhǎng)軸方向的影響。
壓電電場(chǎng)沿c軸方向產(chǎn)生，因此假如將InGaN層的生長(zhǎng)軸設(shè)置在偏離c軸的方向上的話(huà)，壓電電場(chǎng)對(duì)生長(zhǎng)軸方向的影響就會(huì)減弱，由此可進(jìn)步外部量子效率。因此，以與GaN結(jié)晶的c面垂直，名為a面和m面的非極性面，或者相對(duì)于c面傾斜的半極性面為生長(zhǎng)面，以每個(gè)面的法線(xiàn)方向?yàn)樯L(zhǎng)軸來(lái)制造InGaN類(lèi)LED的研究活動(dòng)越來(lái)越活躍。
可見(jiàn)光通訊（visible light communications）
指利用肉眼看得見(jiàn)的“可視光”傳遞信息的通訊技術(shù)。主要利用照明用具和信號(hào)機(jī)等顯示設(shè)備以及汽車(chē)車(chē)燈等配備發(fā)光二極管(LED)的設(shè)備發(fā)出的可視光，通過(guò)改變其頻率，或令其閃爍來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)。優(yōu)點(diǎn)是不存在利用無(wú)線(xiàn)通訊時(shí)需要的頻率分配題目。在通訊速度上，LED燈遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熒光燈。
發(fā)光場(chǎng)所明確的可見(jiàn)光通訊
可見(jiàn)光通訊擁有四大優(yōu)點(diǎn)。第一，使用可視光檢測(cè)位置，位置精度之高是電波盡對(duì)無(wú)法超越的。第二，能夠以低價(jià)格實(shí)現(xiàn)高速傳輸。第三，能夠有效利用照明設(shè)備等已有基礎(chǔ)設(shè)施。第四，由于能夠看見(jiàn)發(fā)光場(chǎng)所和行進(jìn)方向，因此能夠清楚知道信息將傳送到哪里，以及是從哪個(gè)方向傳來(lái)的。圖根據(jù)慶應(yīng)義塾大學(xué)的資料制作。
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