1 LED原理
LED發光二極管（Light Emitting Diode LED）是一種利用半導體制造技術加工的電致發光器件，利用電子-空穴的帶間躍遷輻射符合來發光。其機理是通過向LED的p-n結施加正向偏壓，降低勢壘，使少數非平衡載流子擴散進入p-n結區內，增加區內電子-空穴符合幾率，少數載流子與多數載流子不斷符合，可以以光的形式把多余的能量釋放出來，繼而使電能轉換為光能，從而輻射發光。如下圖PN結發光原理。這種現象需要在LED結兩邊外加電場，從而產生電流，而激發載流子注入，完成電能直接轉變為光能的過程。
圖1 LED發光原理
LED在正向工作狀態下，電流從陽極流向陰極，半導體PN結會發出不同顏色的光線，從紫外線到紅外線，電子和空穴之間的帶隙寬度越大，能量就越大，產生的光子能量也就越高。由于材料不同，所具有的帶隙就不同，所以選擇不同帶隙寬度的材料，既能制作出不同顏色的LED。
圖1 III族氮化物（AlN、GaN和InN及其合金材料）的晶格常數，合金組分，禁帶寬度及其帶邊發射波長之間的相互關系
如圖1 III族氮化物具有直接帶隙的特性，在室溫下其禁帶寬度分別為6.03eV、3.42eV和0.7eV，圖1為III族氮化物的晶格常數，合金組分，禁帶寬度及其帶邊發射波長之間的相互關系。其三元合金的能帶寬度可以從AlN的6.03eV到GaN的3.42eV到InN的0.7eV之間的連續調節，相應的波長范圍覆蓋深紫外（210nm）到紅外（1.8um）波段，使其再光電器件中具有廣泛的應用。例如發光二極管（LED）激光器（LD）探測器（PD），太陽能電池以及光電調制器等領域。
2紫外LED器件結構
下圖為發光波長為280nm的AlGaN基DUV LED的典型外延結構。主要包括：在平面藍寶石襯底上外延生長的１um的高溫AlN模板層，10-20個周期的應變管理的AlGaN／AlN超晶格結構。２-３um的Si參雜Al0.55Ga0.55N的n型接觸層，5個周期Al0.5Ga0.5N/Al0.4Ga0.6NMQWs 有源區，20nmMg 摻雜Al0.4Ga0.6N電阻阻擋層（EBL），p+-GaN（100nm）/p-AlGaN的空穴注入層。
圖2 280nmAlGaN基LED典型的外延結構示意圖
3 LED的光學性能
3.1 發光效率
發光效率
，是單位電功率（W）下輸出的光通量（Lm）
式中，I，V分別為器件的直流偏置電流和電壓；Pe為輸入的電功率；F為上述偏置條件下器件輸出的總光通量。
功率效率
是器件將輸入功率Pe（W）轉變成輻射功率P（W）的效率。顯然
3.3 量子效率
量子效率是注入載流子復合產生；由于內吸收和外反射的原因，產生的光量子不能全部射出。因此，量子效率又分為內量子效率 和外量子效率。而除包括外還包括注入效率和光初涉效率（又稱光學效率）。這些效率之間具有如下關系
3.4 光通量
光源在單位時間內發出的光量，單位為流明（Lm），描述了光源發光總量的大小，表明了發光器件的性能。
3.5 發光強度I
發光強度是表征發光器件發光強弱的重要性能，它是光源在指定方向上的一個某立體角單元dΩ內所包含的光通量dΦ ，單位為坎德拉（cd）。
3.6 光照度E
在接收面上，單位面積內的光通量成為照度，單位為勒克斯（lx）
3.7 光出射度M
在發光體表面，不同位置上的發光程度可能不同，光出射度是指單位面積發出的光通量，物理上的定義是在發光體表面上任取微小單元面積dA下接收到的光通量dΦ,用M表示，單位為Lm/m2。
3.8光亮度L
在給定方向上單位投影面積的面光源沿此方向的發光強度?？捎孟率奖硎?/span>
4 LED的電學性能
4.1 I-V特性
伏安特性表征LED芯片PN結制備性能的主要參數。LED的I-V特性具有非線性、整流性質（單向導電性，即外加正偏壓表現低接觸電阻，反之為高接觸電阻）如下圖：
圖4 LED I-V特性曲線
A點，為開啟電壓Vt，AB段為正向工作區，OC段為反向特性區又稱為死區，CD段為反向擊穿區。從圖上可以看到在正向電壓小于開啟電壓閾值時，正向電流極小，不發光，當電壓超過閾值開啟電壓后，正向電流隨電壓迅速增加。
4.2 P-I特性
LED的P-I曲線基本上是一條近似的線性直線，只有當電流過大時，由于PN結發熱產生飽和現象，使P-I曲線的斜率減小。
圖4 LED與LD的P-I特性曲線
在結構上，由于LED與LD相比沒有光學諧振腔。因此，LD和LED的功率與電流的P-I關系特性曲線則有很大的差別。
5 熱學特性
若環境溫度較高，LED 的主波長或λp 就會向長波長漂移，壽命也會下降，尤其是點陣、大顯示屏的溫升對LED 的可靠性、穩定性影響應專門設計散射通風裝置。LED的主波長隨溫度關系可表示為
由式可知，每當結溫升高10℃，則波長向長波漂移1nm，且發光的均勻性、一致性變差。這對于作為照明用的燈具光源要求小型化、密集排列以提高單位面積上的光強、光亮度的設計尤其應注意用散熱好的燈具外殼或專門通用設備、確保LED 長期工作。
