半导体发光二极管讲义.pptx

South China Normal University定义：半导体定义：半导体p-n结或与其类似的结构加电压时以高效率发光的结或与其类似的结构加电压时以高效率发光的 器件。器件。Light emitting diode,LED 二十世纪二十世纪90年代才研制出高亮度年代才研制出高亮度LED。颜色：紫外、紫光、蓝光、绿光、黄光、橙光、红光、红外、颜色：紫外、紫光、蓝光、绿光、黄光、橙光、红光、红外、白光白光 http:/ South China Normal University根据应用划分的超高亮度发光二极管市场根据应用划分的超高亮度发光二极管市场South China Normal UniversityLEDLED水下灯饰水下灯饰LEDLED照明的会议室照明的会议室South China Normal University汽车灯汽车灯草坪灯草坪灯 LED特点：特点：电压低，小于电压低，小于5伏；伏；响应时间短，几十响应时间短，几十 nS；寿命长，几万小时以上寿命长，几万小时以上;耗能低；耗能低；无污染无污染 LED应用：应用：背光源背光源、大屏幕显示、灯具、防伪、生物、医学大屏幕显示、灯具、防伪、生物、医学白光白光LED流明效率达到流明效率达到150流明流明/瓦（瓦（lm/W）流明效率已经超过日光灯（流明效率已经超过日光灯（80lm/W)South China Normal University 在电流作用下，在电流作用下，n型层型层的电子和的电子和p型层的空穴发型层的空穴发生扩散，电子和空穴复合生扩散，电子和空穴复合发光。发光。2、LED发光原理发光原理 South China Normal University可见光波长：可见光波长：380nm770nm(700nm),发光二极管波长：紫发光二极管波长：紫:380-410nm;蓝蓝:430-480nm;绿绿:510-550nm;黄黄:570-600nm;红红:620-700nm 发光波长由光子能量决定发光波长由光子能量决定,光子能量一般由禁带宽度决定光子能量一般由禁带宽度决定光子能量光子能量:E=h ：频率，：频率，h：普朗克常数：普朗克常数（4.1410-15eVs）发光波长发光波长:=c/=hc/E=1240/E（nm）禁带宽度禁带宽度2.0eV,发光波长：发光波长：620nm South China Normal University 白光白光LED发发光原理光原理 1:蓝光芯片激发黄光荧光粉蓝光芯片激发黄光荧光粉:成本低成本低,应用最广应用最广2:紫光或紫外光芯片激发蓝紫光或紫外光芯片激发蓝,黄黄,红荧光粉红荧光粉 芯片发光效率不高芯片发光效率不高3:红红,绿绿,蓝芯片组合蓝芯片组合 成本高成本高,高档场所应用高档场所应用South China Normal Universityl注入的电子和空穴数目；注入的电子和空穴数目；l非辐射复合中心的数目；非辐射复合中心的数目；l 辐射复合几率；辐射复合几率；l出光效率出光效率 3、决定、决定LED强度因素强度因素hvnpSouth China Normal Universityl 获得较高载流子浓度的获得较高载流子浓度的p型和型和n型材料；型材料；l 减少缺陷和杂质浓度；减少缺陷和杂质浓度；l 提高电子和空穴的复合几率；提高电子和空穴的复合几率；l 提高出光效率。提高出光效率。4、提高、提高LED性能途径性能途径South China Normal University提高复合几率（提高复合几率（內量子效率內量子效率）:量子阱结构量子阱结构South China Normal University提高出光效率提高出光效率South China Normal University(1)发光波长（发光波长（）；一般用）；一般用nm表示。表示。(2)正向电压正向电压:20mA时所用电压；一般用时所用电压；一般用Vf 。(3)(3)输出光功率输出光功率:20mA时的输出光功率，用时的输出光功率，用mW，W表示。表示。20mA时的输出光功率，单位：坎德拉，时的输出光功率，单位：坎德拉，cd；mcd；照明光源：流明照明光源：流明/瓦；瓦；lm/W；白炽灯（白炽灯（25lm/W）；）；日光灯（日光灯（80lm/W）(4)(4)反向漏电流：反向反向漏电流：反向5伏或伏或10伏时的反向电流。伏时的反向电流。5、LED的电流电压特性和性能参数的电流电压特性和性能参数South China Normal University外延片生长外延片生长芯片制备芯片制备 封装封装n型电极型电极p型电极型电极 http:/www.sh- China Normal University（1）外延片生长：）外延片生长：金属有机气相沉积金属有机气相沉积 metal organnic chemical vapor deposition（MOCVD）生长参数：生长参数：温度、气压、原材料、温度、气压、原材料、流量、流量、掺杂剂量掺杂剂量热热 电电偶偶尾尾 气气管管GaN-MOCVD反应室管反应室管有机源有机源 NH3光学探头光学探头冷却水冷却水尾气管尾气管(CH3)3Ga+NH3GaN+3CH4H2 South China Normal UniversityLED外延片结构：外延片结构：同质结、异质结、双异质结、同质结、异质结、双异质结、量子阱、量子点量子阱、量子点发光二极管材料的选择发光二极管材料的选择：1.带隙宽度合适带隙宽度合适 2.有合适的衬底材料有合适的衬底材料 3.可获得高电导率可获得高电导率n型和型和p型材料型材料 4.载流子复合几率大载流子复合几率大,可获得可获得异质异质 结或结或量子阱结构量子阱结构South China Normal University 蓝宝石蓝宝石缓冲层缓冲层未掺杂未掺杂GaNn-GaN:SiP-AlGaN:MgBarrier GaNWell InGaNP-GaN:Mg金属电极金属电极n-AlGaN:Si金属电极金属电极量子阱量子阱（2）芯片制备：）芯片制备：South China Normal University光刻光刻刻蚀刻蚀镀膜镀膜光光 刻刻、刻刻蚀蚀合金合金镀膜镀膜镀膜镀膜光刻、刻蚀光刻、刻蚀合金合金光光刻刻、刻刻蚀蚀外延片外延片工序：工序：光刻、刻蚀、镀膜、合金、光刻、刻蚀、镀膜、合金、划片（切割）、裂片、分选划片（切割）、裂片、分选 设备：设备：光刻机、刻蚀机、电子束光刻机、刻蚀机、电子束蒸发台（镀膜机）、合金炉、蒸发台（镀膜机）、合金炉、磨片机、划片机、裂片机、磨片机、划片机、裂片机、芯片分选设备芯片分选设备 制备环节多，各环节的稳制备环节多，各环节的稳定性，成品率对于规模化生定性，成品率对于规模化生产极为重要。产极为重要。South China Normal University增加外量子效率：厚的窗口层及透明基板增加外量子效率：厚的窗口层及透明基板South China Normal University表面编织表面编织South China Normal University改变芯片几何形状改变芯片几何形状South China Normal University采用光子晶体技术采用光子晶体技术 South China Normal University（3）、）、LED封装：封装：工序：装架、工序：装架、键合、封装、键合、封装、等等国内绝大数公司从事国内绝大数公司从事LED封装和应用产品生产封装和应用产品生产外延片生长和芯片制备产业薄弱外延片生长和芯片制备产业薄弱