重庆大学本科学生毕业设计（论文）光注入与电注入下LED发光特性研究学生：吴飞学号：20073401指导教师：文静专业：光电信息工程重庆大学光电工程学院二O一一年六月Graduation Design(Thesis) of Chongqing UniversityThe studies on characteristics of luminescence under optical and electronicinjectionUndergraduate: WufeiSupervisor: Prof. WenjingMajor: Optoelectronic Information EngineeringCollege of Opto-Electronic Engineering ofChongqing UniversityJune 2011摘要发光二极管（LED）的非接触测量手段就是光激励LED，那么非接触测量手段能否实现关键是光激励能否取代电激励。
国内外的研究表明，在分别往AlInGaP 红色LED里注入相同强度的电流和光强激励LED时，PL和EL有着极为相似的光谱，但是光谱随着注入强度的变化，存在着波峰红移情况，造成两种光谱图有差异。
随着研究的深入，发现影响这种差异的不是注入方式的影响，而是注入方式的不同给LED的p-n结温带来的不同影响，也就是说如果能控制p-n结的结温，相同注入强度下的PL和EL光谱会完全相同，研究表明光注入完全可以取代电注入，即：非接触测量手段是完全可能实现的。
本课题通过研究了LED的发光机理，以及影响LED发光的因素，通过比较光注入与电注入下LED发光特性的区别，得出了以下结论：光致发光和电致发光有着完全相同的发光原理，影响发光光谱的因素也完全相同，但是PL光谱和EL光谱存在着差异，这种差异不是注入方式的影响，而是源于注入方式的不同给LED 结温带来的不同影响。
关键词：发光二极管（LED），p-n结结温，光致发光（PL），电致发光（EL），注入方式ABSTRACTThe measurement of Light-emitting diodes' (LEDs) non-contact is LED optical excitation,Then the key to the realization of Non-contact measurements is whether electrical stimulation can be replaced by electrical stimulation. Domestic and international researches show that:Respectively, injected at the same intensity current and light to AIInGaP red light-emitting diodes to excite the LED, PL and EL has a very similar spectrum. However, with the different injection of intensities, peak Red shift condition exists, resulting in a difference in the two spectra.With further research,We find that this difference is not the impaction of different ways of injection methods, but the different injection methods which bring different impacts on p-n junction temperature to the LED .That is to say if we can control the temperature of p-n junction ,We'll get exactly the same spectrum under the same PL and EL intensities.The results show that optical injection can replace the power injection ,Namely: non-contact measurement means is possible to achieve.This topic research the luminescence mechanism of the LED and the factors that affect LED Light-emitting By comparing the differences of LED light-emitting properties under the optical and electrical injection,we draw the following conclusions ：Photoluminescence and electro-luminescence have the exactly same light-emitting principle ,the factors that affect the Luminescence spectrum of are the same but PL spectra and EL spectra are different,the difference is not the impaction of different ways of injection methods, but the different injection methods which bring different impacts on p-n junction temperatures to the LED.Key words: Light-emitting diode(LED), p-n junction temperatures, Photoluminescence (PL), Electroluminescence(EL)目录中文摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (Ⅱ)1绪论 (1)1.1 课题研究的背景和意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.3 课题任务 (2)2 发光二极管（LED)简介 (4)2.1 LED的介绍 (4)2.2 LED的发光机理 (7)2.2.1 光致发光（PL） (7)2.2.2 电致发光（EL） (8)2.3 影响LED发光的主要因素 (9)3 LED光注入和电注入下光谱特性的实验研究 (11)3.1 实验系统 (11)3.1.1 实验设计流程图，原理图和实物图 (11)3.1.2 元器件的选择 (14)3.1.3 实验步骤 (15)3.2 实验结果及分析 (15)3.2.1 不同激励强度下PL（连续）光谱，EL光谱及比较 (15)3.2.2 相同激励强度下PL（连续）光谱，EL光谱及比较 (17)3.2.3 相同激励强度下PL（脉冲）光谱，EL光谱及比较 (21)3.2.4 分析和小结 (28)4 结论与展望 (30)4.1结论 (30)4.2展望 (31)致谢 (32)参考文献 (33)1 绪论1.1 课题研究的背景和意义由于LED具有体积小，能耗低，寿命长，高功率，冷光源，绿色环保，应用广等优点，近些年来，LED技术在世界各国得到了巨大研究和发展，随着制造成本的下降和各种技术，难题的突破，世界各国LED照明产业和LED制造业更是倍速发展，LED封装技术在LED产品合格率中起着至关重要的作用，限于封装企业的技术水平参差不齐，封装手段的陈旧，落后，必定导致LED封装产品的废次品率的上升。
我国是世界上LED封装产品第一产业大国，LED封装产品的年产值从2006年的148亿元，2007年的168亿元，2008年的185亿元，发展到2009年的204亿元，2010年的250亿元，增加率一直保持在两位数以上，而年产量更是由2006年的660亿突破到2010年的1000亿只，如此庞大的产量和封装量，次废品率哪怕只有千分之一，我国也会因为因封装工艺上的欠缺或者是检测系统的缺陷而损失数亿元。
文献[1]指出，在芯片的扩片，背胶，点晶环节，都有可能对芯片造成损伤，对LED光学特性和电学特性产生负面影响；而在支架的固晶，压焊过程中，可能会产生芯片的错位，内电极的接触不良，或者外电极引线虚焊或焊接应力，芯片错位影响输出光场的分布及效率，而内外电极的接触不良或虚焊则会增大LED的接触电阻。
由此可见，要提高其封装产品质量，需要对各个生产工艺环节进行实时检测，调整工艺参数，以将次品，废品控制在最低限度。
由于封装工艺过程的精细，复杂，高速特性，常规的接触式测量几乎难以实现封装中的质量检测，非接触测量手段成为可能。
一种基于光电二极管光伏效应提出的在线非接触故障检测方法使得LED芯片的非接触检测得以实现，即LED芯片在线非接触检测方法[2]，通过使用电磁感应法，在没有接触的情况下，光生电流很容易被测量，研究表明，该方法很容易实现，从而可用于LED芯片包装的在线故障检测。
非接触测量本质就是光激励LED，那么非接触测量手段能否实现关键是光激励能否取代电激励，国内外的研究表明，在分别往AlInGaP红色LED里注入相同强度的电流和光强激励LED时，PL和EL有着极为相似的光谱，但是光谱随着注入强度的变化，存在着波峰红移情况，造成两种光谱图有差异，随着研究的深入，发现影响这种差异的不是注入方式的影响，而是注入方式的不同给LED结温带来的不同影响，也就是说如果能控制p-n结的结温，相同注入强度下的PL和EL光谱会完全相同，研究表明光注入完全可以取代电注入，即：非接触测量手段是完全可能实现的。
1.2 国内外研究现状国内外在光注入与电注入LED发光特性方面都有较为深入而全面的研究。
日本岗山大学的研究表明[3]：在波长为1.54um周围：光致发光和电致发光光谱有Er相关峰且有相似的频谱形状。
这些结果说明，光激发和电流注入造成同样的光发射。
而名古屋大学的研究表明[4]：p-n结的结温度线性升高，会导致PL和EL光谱两个波峰红移现象，也就是说两种注入方式（相同注入强度下）引起的PL和EL 光谱有差异，主要是波峰红移的差异，这也间接的说明了p-n结温度影响了两种差异。