的作业原理是在正导游通的情况下，注入二极管P/N节区的电子和空穴相遇复合，将电势能转化为光能。所宣布光子的波长（也便是光的色彩）是由半导体的能带宽度决议的，浅显地讲，半导体能带宽度越宽，宣布的光子能量越大，对应的波长越短，简略的换算联系是：（nm）。当时蓝、绿光器材的资料根底是III族氮化物半导体，也便是GaN为主，InN、AlN为辅的四元AlGaInN合金系统，
现在，绝大部分蓝、绿光LED芯片的量子阱发光层资料是由InxGa1-xN合金和GaN组成的，因为InxGa1-xN合金的能带宽度跟着InN的份额x改动，能够在3.4eV（对应GaN的能带宽度）和0.7eV（对应InN的能带宽度）调整，所以理论上这个资料系统能够掩盖整个可见光光谱区域。可是，现在的资料制备技能是根据GaN晶体的外延层成长技能，只能成长含InN组份较低的合金资料。InxGa1-xN合金在InN的组份x15%今后，晶体质量急剧下降。实践上，现在工业界的技能水平一般做到蓝光芯片的电光转化功率大约是绿光的2倍，便是因为前者的InN组份远小于后者，绿光器材中InN的组份估量现已在30%以上（InGaN合金资料准确组份的测定现在在学术界仍是一个疑问科学问题）。也便是说，现在的技能还很难经过持续添加InN的组份，使得InGaN合金器材能高功率地宣布红光。但值得幸亏的是，早在上个世纪90年代，III族磷化物系统（也一般表述为四元系统，AlGaInP）现已成为红、黄光LED器材老练的资料根底。这两个资料系统的根本物理特征以及其所含元素在周期表中的方位。
III族氮化物半导体资料现在工业化制备是经过金属有机物化学气相堆积（metal-organic chemical vapor deposition,MOCVD）来完结的。该技能的根本原理是经过在密闭化学反应腔中引进高纯度的金属有机源（MO源）和氨气（NH3），使其在加热的衬底基板（一般挑选蓝宝石做衬底）上成长出高质量的晶体。根本化学反应式是：Ga（CH3）3+NH3→GaN+CH4.一般GaN晶体是六方状的纤锌矿结构，根本的物理特性如表2所示。需求特别指出的有两点：（1）GaN的能带宽度在常温300K时，等于3.39eV,是十分可贵的宽禁带半导体资料，假如发光，对应的光子波长应该是，归于紫外光；（2）GaN的p-型掺杂十分困难，现在能够到达的载流子浓度比n-型掺杂低将近两个数量级，电阻很大。这个特性对其器材的规划提出了特别的要求，这一点在随后介绍LED器材结构时将说到。GaN与它本家的AlN和InN的物理特点差异十分显着，表3给出了详细的比对。在晶体成长进程中，GaN晶体的取向和蓝宝石衬底的晶面挑选有着密切联系。当时，工业化成长GaN晶体一般都取c-面的蓝宝石作为衬底基板，GaN晶体成长与衬底晶体取向会坚持一个固定的配位联系（这也便是“外延”的意思）。GaN外延片外表是晶体的六方密排c-面，晶体的成长是沿着c-轴逐层原子堆积而成的，也便是c-轴方向成长。
GaN基LED外延片的根本结构是在蓝宝石衬底上顺次成长：（1）GaN结晶层；（2）n-型GaN（实践出产中一般先长一层非故意掺杂的n型GaN）；（3）InGaN/GaN多量子阱发光层；（4）p-型GaN.为了取得高性能的器材，整个外延成长进程的各项参数都要得到优化而且准确操控，其间对发光功率影响最大的结构是InGaN/GaN多量子阱发光层。p和n型资料的掺杂元素一般为Mg和Si,Mg经过代替GaN中的Ga原子（Mg比Ga少一个外围电子），构成一个空穴载流子，Si经过代替Ga原子，构成一个电子载流子（Si比Ga多一个外围电子）。一般整个器材的外延层厚度规模在4~8μm,均匀成长速度大约1μm/小时，因而完结一次器材的成长大约需求8小时。
完结MOCVD外延成长后，需求经过一系列的光罩图形处理和物理刻蚀或堆积工艺制备GaN基LED芯片。一般蓝、绿光LED芯片的根本结构，需求在外延片上顺次做如下器材加工：（1）刻蚀部分区域显露n-型GaN导电层；（2）蒸镀通明导电薄膜NiAu或ITO;（3）蒸镀焊线电极，包含p电极和n电极；（4）蒸镀钝化保护层。芯片加工进程需求严格管理质量，防止呈现相似焊盘机械黏附力缺乏、外表异物污染等简单导致器材在封装运用进程失效的问题。此外，芯片随后还需求做衬底减薄、物理切开别离、测验、分选，最终取得光电参数共同的芯片制品。因为GaN基LED芯片衬底蓝宝石是绝缘体，芯片经过上外表的两个+/-电极与金属焊线连接来导电。比较而言，现在一般GaAs衬底的红光芯片仍是经过导电胶使衬底与支架之间构成导电通道，工艺操控导电胶的物理黏结强度对封装断路失效操控就显得特别重要。
蓝、绿光LED芯片一般在正向加压2.4V左右时开端导通，作业电流20mA下电压Vf的规模一般是3.0~3.4V（关于14×14mil2见方的芯片尺寸，），较高的作业电压是由GaN半导体的禁带宽度决议的。
一颗一般结构14×14mil2绿光LED芯片在不同环境温度下的特性改动曲线℃时，显现绿光LED的发光波长产生显着漂移，从522nm红移到527nm;显现发光亮度降低了25%;显现作业电压从3.23V降到2.98V。
跟着环境温度的升高，发光波长红移以及作业电压下降都是因为半导体禁带宽度缩小导致的。可是，因为GaN系统的资料禁带宽度大，能够忍受的环境温度上限比其它资料有十分显着的优势。实验发现，在150℃环境温度下，GaN基的蓝、绿光LED器材还能够发光，仅仅功率大大降低了。可是，另一方面，关于此类一般结构的芯片，蓝光的电光转化功率在20~30%之间；绿光显着更低，一般只要10~20%.电能除了少部分转变成光能外，其它都产生热，这些热能关于细小的晶片面积来说是很大的担负。因而，在芯片封装运用时，需求特别注意做好芯片的散热通道规划，然后保证芯片能安稳可靠地作业。
一般14×14mil2绿光LED芯片发光波长随作业电流改动的曲线。跟着电流密度的增大，绿光芯片发光波长从534nm（2mA下测验）蓝移到522nm（30mA下测验）。实践上蓝光芯片也有相似的蓝移趋势，仅仅起伏比绿光芯片小，这个特性对规划运用芯片的作业条件十分重要。为了防止色彩随亮度改动而产生漂移，调理亮度的方法一般挑选改动脉冲宽度，而不是改动电流强度。
为发光层量子阱作业的根本原理示意图。电子-空穴复合生成光子的能量决议了发光波长，而光子的能量是由捆绑在量子阱的电子-空穴对的势能决议的。实践上，芯片从2mA添加到30mA电流的进程中，量子阱中电子-空穴对的势能产生了两个十分重要的改动：先是屏蔽了量子阱内建电场，使得导带和价带间隔增大；然后载流子填充效应使得电子-空穴对之间的势能进一步增大，而增大的电子-空穴对势能转变成的光子对应的波长将变短，这一点能够从前述波长和能量的换算联系推得。
早在1970年代，美国科学家J.Pankove等人就现已发现GaN是一种杰出的宽禁带半导体发光资料，而且成功制作了能宣布蓝光的GaN肖特基管。可是，随后的十几年里，科学家们的尽力研讨一向没能打破制备p-型GaN资料的难关。直到20世纪80年代晚期，日本科学家Akasaki和Amano发现，能够先在异质衬底上堆积AlN结晶层，然后能够完结MOCVD外延成长外表平坦的GaN单晶薄膜资料。在此根底上，他们又发现能够经过电子束激活Mg掺杂的GaN资猜中的空穴载流子，完结p-型GaN资料的制备，这是GaN基p-n结发光二极管最为要害的根底技能打破。随后，GaN基LED技能从研讨院所的实验室走进了工厂。日本Nichia（日亚）公司的科学家Nakamura[15,16]完结了选用GaN结晶层完结高质量的外延层MOCVD成长，很快又发现能够经过热退火的方法激活Mg掺杂的GaN完结p型导电。作为这一系列打破的效果，1993年Nichia公司成功完结了商业化出产GaN蓝光LED.
在成功完结了商业化出产蓝光LED后，学术界和产业界对该范畴的许多要害物理课题投入了极大的研讨热心。核心问题之一便是怎么进步蓝光LED芯片的InGaN/GaN量子阱内量子功率，也便是怎么进步电光转化功率。许多研讨单位和企业的MOCVD设备被用于实验优化成长条件，进步InGaN量子阱的晶体质量；一起还有许多新的器材结构规划也被尝试以进步载流子的注入功率和复合功率。在这阶段，新的研讨发现首要促成了两大效果：（1）绿光LED的商用化（1995年[17]）；（2）蓝光LED功率得到了成倍提高。