1 LED原理
LED发光二极管（Light Emitting Diode LED）是一种利用半导体制造技术加工的电致发光器件，利用电子-空穴的带间跃迁辐射符合来发光。其机理是通过向LED的p-n结施加正向偏压，降低势垒，使少数非平衡载流子扩散进入p-n结区内，增加区内电子-空穴符合几率，少数载流子与多数载流子不断符合，可以以光的形式把多余的能量释放出来，继而使电能转换为光能，从而辐射发光。如下图PN结发光原理。这种现象需要在LED结两边外加电场，从而产生电流，而激发载流子注入，完成电能直接转变为光能的过程。
图1 LED发光原理
LED在正向工作状态下，电流从阳极流向阴极，半导体PN结会发出不同颜色的光线，从紫外线到红外线，电子和空穴之间的带隙宽度越大，能量就越大，产生的光子能量也就越高。由于材料不同，所具有的带隙就不同，所以选择不同带隙宽度的材料，既能制作出不同颜色的LED。
图1 III族氮化物（AlN、GaN和InN及其合金材料）的晶格常数，合金组分，禁带宽度及其带边发射波长之间的相互关系
如图1 III族氮化物具有直接带隙的特性，在室温下其禁带宽度分别为6.03eV、3.42eV和0.7eV，图1为III族氮化物的晶格常数，合金组分，禁带宽度及其带边发射波长之间的相互关系。其三元合金的能带宽度可以从AlN的6.03eV到GaN的3.42eV到InN的0.7eV之间的连续调节，相应的波长范围覆盖深紫外（210nm）到红外（1.8um）波段，使其再光电器件中具有广泛的应用。例如发光二极管（LED）激光器（LD）探测器（PD），太阳能电池以及光电调制器等领域。
2紫外LED器件结构
下图为发光波长为280nm的AlGaN基DUV LED的典型外延结构。主要包括：在平面蓝宝石衬底上外延生长的１um的高温AlN模板层，10-20个周期的应变管理的AlGaN／AlN超晶格结构。２-３um的Si参杂Al0.55Ga0.55N的n型接触层，5个周期Al0.5Ga0.5N/Al0.4Ga0.6NMQWs 有源区，20nmMg 掺杂Al0.4Ga0.6N电阻阻挡层（EBL），p+-GaN（100nm）/p-AlGaN的空穴注入层。
图2 280nmAlGaN基LED典型的外延结构示意图
3 LED的光学性能
3.1 发光效率
发光效率
，是单位电功率（W）下输出的光通量（Lm）
式中，I，V分别为器件的直流偏置电流和电压；Pe为输入的电功率；F为上述偏置条件下器件输出的总光通量。
功率效率
是器件将输入功率Pe（W）转变成辐射功率P（W）的效率。显然
3.3 量子效率
量子效率是注入载流子复合产生；由于内吸收和外反射的原因，产生的光量子不能全部射出。因此，量子效率又分为内量子效率 和外量子效率。而除包括外还包括注入效率和光初涉效率（又称光学效率）。这些效率之间具有如下关系
3.4 光通量
光源在单位时间内发出的光量，单位为流明（Lm），描述了光源发光总量的大小，表明了发光器件的性能。
3.5 发光强度I
发光强度是表征发光器件发光强弱的重要性能，它是光源在指定方向上的一个某立体角单元dΩ内所包含的光通量dΦ ，单位为坎德拉（cd）。
3.6 光照度E
在接收面上，单位面积内的光通量成为照度，单位为勒克斯（lx）
3.7 光出射度M
在发光体表面，不同位置上的发光程度可能不同，光出射度是指单位面积发出的光通量，物理上的定义是在发光体表面上任取微小单元面积dA下接收到的光通量dΦ,用M表示，单位为Lm/m2。
3.8光亮度L
在给定方向上单位投影面积的面光源沿此方向的发光强度。可用下式表示
4 LED的电学性能
4.1 I-V特性
伏安特性表征LED芯片PN结制备性能的主要参数。LED的I-V特性具有非线性、整流性质（单向导电性，即外加正偏压表现低接触电阻，反之为高接触电阻）如下图：
图4 LED I-V特性曲线
A点，为开启电压Vt，AB段为正向工作区，OC段为反向特性区又称为死区，CD段为反向击穿区。从图上可以看到在正向电压小于开启电压阈值时，正向电流极小，不发光，当电压超过阈值开启电压后，正向电流随电压迅速增加。
4.2 P-I特性
LED的P-I曲线基本上是一条近似的线性直线，只有当电流过大时，由于PN结发热产生饱和现象，使P-I曲线的斜率减小。
图4 LED与LD的P-I特性曲线
在结构上，由于LED与LD相比没有光学谐振腔。因此，LD和LED的功率与电流的P-I关系特性曲线则有很大的差别。
5 热学特性
若环境温度较高，LED 的主波长或λp 就会向长波长漂移，寿命也会下降，尤其是点阵、大显示屏的温升对LED 的可靠性、稳定性影响应专门设计散射通风装置。LED的主波长随温度关系可表示为
由式可知，每当结温升高10℃，则波长向长波漂移1nm，且发光的均匀性、一致性变差。这对于作为照明用的灯具光源要求小型化、密集排列以提高单位面积上的光强、光亮度的设计尤其应注意用散热好的灯具外壳或专门通用设备、确保LED 长期工作。
