第二讲-半导体LED芯片制造基本理论及生产....ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,系列讲座-LED,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,系列讲座-LED,*,Click to edit Master title style,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,系列讲座-LED,*,第二讲,半导体,LED,芯片制造的基本理论和生产技术,五邑大学 应用物理与材料学院,王忆,4/2/2026,系列讲座-LED,一,二,三,主要内容,LED,的半导体基本理论,LED,芯片的外延,LED,芯片的制备,四,大功率白光,LED,技术,4/2/2026,系列讲座-LED,一、,LED,的半导体基本理论,4/2/2026,系列讲座-LED,1,、发光二极管的工作原理,LED,发射的是自发辐射光（非相干光）。大多采用双异质结结构，把有源层夹在,P,型和,N,型限制层间，但没有光学谐振腔，故无阈值。,LED,分为正面发光型和侧面发光型，侧面发光型,LED,的驱动电流较大，输出光功率小，但光束发射角小，与光纤的耦合效率高，故入纤光功率比正面发光型,LED,高。,LED,发光原理,半导体晶片由两部分组成，一部分是,P,型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是,N,型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个,“,P-N,结,”,。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向,P,区，在,P,区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量。,4/2/2026,系列讲座-LED,2,、发光二极管的基本结构,球,透镜,环氧树脂,P,层,有源层,N,层,发光区,(a),正面发光型,微,透镜,P,型限制层,有源层,波导层,N,型限制层,(b),侧面发光型,4/2/2026,系列讲座-LED,发光二极管发射的是自发辐射光，没有光学谐振腔对波长的选择，谱线宽，短波长,LED,谱线宽度为,30,50nm,。,长波长,LED,的谱线宽度为,6,120nm,。,1300,波长,/nm,相 对,光,强,=70nm,3,、发光二极管的工作特性,-,光谱特性,4/2/2026,系列讲座-LED,发光二极管的工作特性,-,输出光功率特性,正面发光,侧面发光,电流,I/,mA,发射光功率,P/mw,0 100 200 300 400 500,LED,的一般外量子效率小于,10%,，驱动电流较小时，,P-I,特性呈线性，,I,过大时，由于,PN,结发热产生饱和现象，使,P-I,特性曲线斜率减小。通常,LED,的工作电流为,50,100mA,，,输出光功率为几,mW,，,由于发光光束辐射角大，入纤光功率只有几百,W,。,4/2/2026,系列讲座-LED,LED,的频率响应为：,式中，为调制频率，是对应于调制频率的输出光功率，为少数载流子（电子）的寿命，定义 为发光二极管的截止频率，当,时，,最高调制频率应低于截止频率。,发光二极管的工作特性,-,频率特性,4/2/2026,系列讲座-LED,4,、,LED,的频率响应曲线,e=1.1s,e=2.1s,e=6.4s,调制频率,f/MHz,频 率,响,应,10 100 1000,10,0.1,P(f,),4/2/2026,系列讲座-LED,LD,和,LED,的一般性能比较,LD,LED,工作波长,/m,1.3 1.55,1.3 1.55,谱线宽度,/nm,1,2 1,3,50,100 60,120,阈值电流,I,th,/mA,20,30,30,60,工作电流,I/,mA,50,150 100,150,输出功率,P/,mW,5,10 5,10,1,5 1,3,入,纤功率,P/,mW,1,3 1,3,0.1,0.3 0.1,0.2,调制带宽,B/MHz,500,2000 500,1000,50,150 30,100,辐射角,/,（,）,20,30 20,50,30,120,30,120,寿命,t/h,10,6,10,7,10,5,10,6,10,8,10,7,工作温度,/,-20,50 -20,50,-20,50 -20,50,4/2/2026,系列讲座-LED,外延工艺：,衬底 结构设计 缓冲层生长,N,型层生长 发光层生长,P,型层生长,退火 检测 外延片,芯片工艺,：,外延片 设计、加工掩模版 光,刻 离子刻蚀,N,型电极,P,型电极 划片,分检 包装,芯片生产的两个最主要的程序,4/2/2026,系列讲座-LED,二、,LED,芯片的外延,4/2/2026,系列讲座-LED,磊晶,设备,MOCVD,机简介,(MOCVD System Introduction),MOCVD,(,M,etal,O,rganic,C,hemical,V,apor,D,eposition),金属有机化学气相沉积,4/2/2026,系列讲座-LED,30 x2,System,glovebox,vacuum pump,(,at rear,inside,reactor+heater,gas mixing system,electronic control rack,4/2/2026,系列讲座-LED,生产外延片的技术要求极高、难度极大。目前多数企业生产,LED,外延片都采用,MOCVD,这一专业设备。,MOCVD,（,Meltal,-Organic Chemical Vapor Deposition,），,1968,年由洛克威尔公司提出来的一项制备化合物半导体单品薄膜的新技术。,该设备集机密机械、半导体材料、真空电子、流体力学、光学、化学、计算机多学科为一体，是一种自动化程度高、价格昂贵、技术集成度高的尖端光电子专业设备，主要用于,GaN,系半导体材料的外延生长和蓝色、绿色或紫外发光二极管芯片的制造，也是光电子行业最有发展前途的专业设备之一。,4/2/2026,系列讲座-LED,MOCVD,4/2/2026,系列讲座-LED,外延片的制程,外延片的生成制作过程非常复杂。首先是将,Al,2,O,3,衬底放入昂贵的金属有机化学气相沉积炉（简,MOCVD,，又称外延炉），再通入,，,族金属元素的烷基化合物（甲基或乙基化物）蒸汽与非金属（,或,族金属元素）的氢化物（或烷基物）气体，在高温下，发生热解发应，生成,或,-,族化合物沉积在衬底上，生长出一层厚度仅几微米的化合物半导体外延层。,长有外延层的,Ga,N,片也就是常称的外延片，长完外延片，接下来就在外延片做测试，符合要求的就是良品，其余为不良品（电压偏差很大，波长偏短或偏长等）。这样就完成了,LED,产业链条的上游部分。,4/2/2026,系列讲座-LED,LED,芯片,工艺流程图,4/2/2026,系列讲座-LED,4/2/2026,系列讲座-LED,MOCVD,的产能,一台,MOCVD,月产外延片,2000,片；,公司现有五台,MOCVD,，其月产能可达,10000,片；,公司计划将引进,30,台,MOCVD,，届时一个月生产,60000片外延片！,4/2/2026,系列讲座-LED,MOCVD,制备外延,膜,过程,(i),反,应气体,或反,应,元素,因热裂解由边界层,(boundary layer),向基板表面,输送气相扩散,，入射原子,冲击,基板，一部分被反射，其他吸附,于,基板上。,(ii),基板表面吸附表面,扩散,，吸附原子,于,基板表面上,扩散,，,产生,原子,间的,二次,冲撞,而形成,团簇,(cluster,原子集合,体,),，或只在表面上停留某段,时间后,，再度,蒸发,解析,脱离,。,(iii),表面反,应,，核形成,团簇,反覆,与,表面,扩散,原子,冲撞,或以,单,原子再,释放出来,，而,当,原子,数,超,过某一,临界,值,后开始成长,，,与邻近的团簇,聚合而,形成连续,膜，大多,为三位团簇,，但以二,维团簇的,方式,生长形式,也有。,4/2/2026,系列讲座-LED,邊界層,供給,排氣,原料,(i),輸送,(,氣相擴散,),(ii),吸附,表面擴散,(iii),反應，核形成,horizontal gas flow,(iv),解析脫附,(v),向外擴散,(iv),反,应,生成物,的蒸发解析脱离,。,(v),脱离的反应,生成物向外,扩散,（,out diffusion,)(,气相扩散,),。,4/2/2026,系列讲座-LED,MOCVD,内部反应过程,族的,(CH,3,),3,Ga,TMGa,三甲基,镓,),、,(CH,3,),3,In,TMIn,(,三甲基,铟,),等，,与,族特殊,气体,如：,AsH,3,(arsine),砷化,氢,、,PH,3,(,phosphine,),磷化,氢,、,NH,3,等，通,过,特殊,载体气流,送到高,温,的,GaAs,晶片、人造,蓝宝石,等晶片上，在,Reactor,反应器,內的,高温,下，這些材料,发生化学反应,，並使反,应,物,沉积,在晶片上，而得到磊晶片上形成,一层半导体结晶膜,，,这样,就能做成半,导体发光,材料，如,发光二极管等,基本化,学反应,式：,四元,TMGa(g,)+AsH,3,(g),GaAs,(s,)+CH,4,(g),蓝光,TMGa(g,)+NH,3,(g),GaN,(s)+CH,4,(g)+N,2,(g)+H,2,(g),MOCVD,反應原理,4/2/2026,系列讲座-LED,MOCVD,技术与设备的设计与应用,其,延伸,问题包含,多,学科及其原理,：物理、,化学,、,数学,、,流体力学,、,热力学,、,机械,力,学,、材料,学,及,电磁学,等等,Recipe,（处方）,x,MOCVD,设备,=,磊晶結果,4/2/2026,系列讲座-LED,MOCVD,设备,及,其,系統,反应腔,Reactor,气体传输系,統,gas mixing system,电控,系統,E-Control unit,Cooling unit,Heater unit,Temp.,control unit,Pressure,control unit,Glovebox,后端,管路,抽气,系統,Exhaust system,Filter,Butterfly valve,Vacuum Pump,gas supply,power,Control,computer,PLC,SLC,Safety,control,system,Cooling supply,气体探测器,4/2/2026,系列讲座-LED,MOCVD,Reactors_the,market,4/2/2026,系列讲座-LED,Principle of MOCVD,H ,NP=10-200 mbar,2,2,TMGa,AsH,3,TMGa,NH,3,TMIn,PH,3,gas,blending,reactor,high,purity,precise mixing,safety,GaAs,InP,substrate,T 400-1200C,D,100,rpm,production oriented,low cost of ownership,Ga,(CH )+,AsH GaAs,+3CH,3,3,3,4,TMAl,TMGa,sapphire,5-,Ga,(CH )+,NH GaN,+3CH,3,3,3,4,scrubbing,system,H,2,filter,unit,vacuum pump,throttle valve,crystal quality,thickness,uniformity,reproducibility,4/2/2026,系列讲座-LED,MOCVD growth,boundary layer,surface diffusion,and reaction,incorporation,and growth,CH,4,=,CH,3,+H,N*+N*=N2,wafer surface,mass transfer,by diffusion,H,H,H,N,CH,3,Ga,CH,3,CH,3,precursor,decomposition,-radical,adsorption,CH,3,CH,3,-,radical,H,H,H,N,Ga,CH,3,CH,3,CH,3,H,2,H,2,H,2,H,2,gas phase,4/2/2026,系列讲座-LED,MOCVD Growth Criteria,Thickness uniformity,Composition uniformity,Doping concentration uniformity,Clean wafer surface,On wafer uniformity,Wafer to wafer uniformity,Run to run stability(reproducibility),Less maintenance(high through-put),4/2/2026,系列讲座-LED,三、,LED,芯片的制备,4/2/2026,系列讲座-LED,芯片制程,一：芯片前段制程,1.,化学区清洗和湿法刻蚀制程：用化学药品对晶片进行有机 物和其它颗粒的去除，以及有些膜层的化学腐蚀,2.,蒸镀和干法蚀刻制程：在晶片上制作可以导入电流的引线电极。,3.,黄光室制程：利用光刻胶的特性把图形转移到晶片上。,二：芯片后段制程,点测：将每个,LED,器件的特性进行量测,(,Vf,Iv,d,Ir,),研磨切割：,2”,外延片约切割成,20,000,个至,50,000,个,LED,器件,分类：将特性一样的,LED,器件分成同一类,目检：将外观异常的,LED,器件挑除,4/2/2026,系列讲座-LED,丽得晶片厂,4/2/2026,系列讲座-LED,LED,完整产业链条分为,LED,外延片、,LED,芯片、,LED,封装、,LED,应用。,晶片厂成立于,2008,年，环境优美，交通便利，公司所有技术人员,120,人,(,比例,1/3),。,公司拥有千级无尘室,500,平方米，万级无尘室,3500,平方米，配备有世界先进的生产设备。,如：,MOCVD,、,X-ray,、,PL,、可见光光谱仪、,ICP,、,PECVD,、激光切割机、进口金相显微镜等等。,4/2/2026,系列讲座-LED,主要设备,MOCVD,（,有,机气,相外延,设备）,五套,ICP-RIE,（电,感偶合等,离,子刻,蚀机）两,套,PECVD,（,等,离,子薄膜沉,积设备）,两,套,高精度曝光,机 两套,等,离,子薄膜蒸發台,四套,高精度激光划片,机,两,套,研磨机,4/2/2026,系列讲座-LED,ICP-RIE,（电,感,耦合反应,等,离,子刻,蚀机）,4/2/2026,系列讲座-LED,PECVD,4/2/2026,系列讲座-LED,高精度曝光机,4/2/2026,系列讲座-LED,等离子薄膜蒸发台,4/2/2026,系列讲座-LED,各种大宗气体设备,除,MOCVD等设备外，我们还配备有生产所需的各种大宗气体设备，如氮气、氨气、氢气等等。,4/2/2026,系列讲座-LED,等,离子,薄膜車間,PECVD,研磨切割車間,4/2/2026,系列讲座-LED,固体发光过程,激 发,吸 收 发 光,能量转换,能量输运,能量传递,4/2/2026,系列讲座-LED,LED,分类,1,、按发光管发光颜色分,按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和 纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。,2,按发光管出光面特征分,按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。,3,按发光二极管的结构分按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。,4,按发光强度和工作电流分,、普通亮度的,LED,（发光强度,100mcd,）；,、高亮度发光二极管。（发光强度,10,100mcd,）；,、一般,LED,的工作电流在十几,mA,至几十,mA,，而低电流,LED,的工作电流在,2mA,以下。,4/2/2026,系列讲座-LED,LED,封装,1,产品封装结构类型,2,引脚式封装,3,表面贴装封装,4,功率型封装,led,光谱,4/2/2026,系列讲座-LED,从,磊晶,看,L,E,D,发,光效率,LED,照明,未来预估与市场规模,高功率磊晶,技术发展,解析,LED,发光,效率,演进动向,4/2/2026,系列讲座-LED,Market Demand,$20X75/1000=$1.5(3W),4/2/2026,系列讲座-LED,March 2006,Luminaire Efficiency 2006,4/2/2026,系列讲座-LED,March 2007,Luminaire Efficiency 2006,4/2/2026,系列讲座-LED,Nichias achieves 150 lm/W white LED(Dec.2006),Epistars,blue LED EQE(50%,in production,58%R&D best performance),Nichia,s white LED EQE(68%),4/2/2026,系列讲座-LED,Luminaire Efficiency,Source:Multi-year program plan FY08-FY13(DOE),4/2/2026,系列讲座-LED,Lighting Market,Source:Nov.2007,亞洲電子科技雜誌,4/2/2026,系列讲座-LED,4/2/2026,系列讲座-LED,四、大功率白光,LED,技术,4/2/2026,系列讲座-LED,两大主类,LED,High Efficiency,Low Current Application,Flexible Module Design,Higher Chip Process Yield,Simply Package Structure,High Lumens/Package,High Current Application,Lower Chip Process Yield,Complex Package Structure for Heat Dissipation,Small LED,Power LED,4/2/2026,系列讲座-LED,Better Performance for Small LED?,4/2/2026,系列讲座-LED,Application,4/2/2026,系列讲座-LED,White LED Performance Improvement,2000,2005,2010,2015,2020,200,150,100,50,0,Efficacy(lm/W),Japan 21,OIDA/US DOE,OIDA/US DOE,Production level,Lab.level,Incandescent/Halogen,Compact fluorescent,Tube fluorescent,HID,Source:Nichia/Cree,Year,White LED 20 mA,White LED 300 mA,4/2/2026,系列讲座-LED,Optical Efficiency,HID:100 lm/W,40%Utilization Efficiency,Lighting efficacy 40 lm/W,80%Utilization Efficiency,2005 LED:50 lm/W,Lighting efficacy 40 lm/W,4/2/2026,系列讲座-LED,Light Extraction Efficiency,4/2/2026,系列讲座-LED,Geometry Effect,1,4,5,6,3,2,4/2/2026,系列讲座-LED,Efficiency,Droop Problem(IQE),Lm/$Lm/Package,4/2/2026,系列讲座-LED,Recombination Mechanisms,4/2/2026,系列讲座-LED,Schubert,et al.,Appl.Phys.,Lett,.91,231114 2007,Defect Density,4/2/2026,系列讲座-LED,without piezoelectric field,with piezoelectric field,I.V.,Rozhansky,and D.A.,Zakheim,:,phys.stat.sol.(a)204,No.1(2007),Piezoeletric,Field Effect,4/2/2026,系列讲座-LED,I.V.,Rozhansky,and D.A.,Zakheim,:,phys.stat.sol.(a)204,No.1(2007),n,n,p,p,p-MQW LED,4/2/2026,系列讲座-LED,I.V.,Rozhansky,and D.A.,Zakheim,:,phys.stat.sol.(a)204,No.1(2007),n-p-n,LED,4/2/2026,系列讲座-LED,Kim,et al.,Appl.Phys.,Lett,.91,183507 2007,Polarization Effect,4/2/2026,系列讲座-LED,Polarization Effect,Kim,et al.,Appl.Phys.,Lett,.91,183507 2007,4/2/2026,系列讲座-LED,LED,发,光效率,发展动,向,Market pull,lm/W,lm/packaged,lm/$,200 mA/mm,2,350 mA/mm,2,700 mA/mm,2,2000 mA/mm,2,What will happen 2 A/mm,2,?,Current density,Heat dispersion,Package issue,4/2/2026,系列讲座-LED,Current Uniformity 1,Nichia,LumiLeds,Lighting,4/2/2026,系列讲座-LED,Current Uniformity 2,Current Uniformity,4/2/2026,系列讲座-LED,Thermal Efficiency,Source:OIDA/US DOE,Lm/$Lm/Package,4/2/2026,系列讲座-LED,Chip Level Improvement,Tj=Ta+I*V*,R,th,Flip Chip,Thin,GaN,4/2/2026,系列讲座-LED,Thermal Resistance Model,4/2/2026,系列讲座-LED,Heat Spreading,Lm/$Lm/Package,4/2/2026,系列讲座-LED,Dreams Come True,100W LED,400W Mercury,100W LED Road Test on NTU Campus(3,600lm37.5lm/W),4/2/2026,系列讲座-LED,各国及地区半导体照明研发计划表 （单位：,lm/w,）,国家,/,地区,2002,年,2005,年,2007,年,2008,年,2010,年,2012,年,2020,年,美国,20,70,150,200,日本,150,欧盟,中国台湾地区,40,韩国,80,中国,100,150-200,欧盟,4/2/2026,系列讲座-LED,2003,年以来大功率,LED,的应用逐步推开，价格也随之大幅降低。以功率为,1W,的白光,LED,来对比，,2003,年单颗价格为,5-6,美元，到,2007,年则降到,2-3,美元，而光效则由,30lm/W,提升到,2007,年的,70-80lm/W,。但对比,2007,年到现在的,1W,白光,LED,单颗价格，目前仍然维持在,2-3,美元，不同的是光效提升到了,80-90lm/W,。,目前有能力大批量供应白光,LED,功率芯片及,LED,器件厂商仍局限在,Lumileds,、,Cree,、,Osram,、,Nichia,以及台湾的晶电等为数不多的厂商，伴随着功率白光,LED,应用的高速增长及其光效的不断提升，预计其单颗,LED,价格不会有过大的降幅。,LED,照明市场一角,(,掠影,),4/2/2026,系列讲座-LED,全球,LED,市场规模与增长率,单位：百万美元,0,2000,4000,6000,8000,10000,12000,14000,16000,2001,2002,2003,2004,2005,2006,2007,2008,2009,2010,2011,-10%,-5%,0%,5%,10%,15%,20%,25%,30%,规模,增长率,手机背光,带动增长,手机背光,增长放缓,新应用推动,新一波增长,在,2008,年，,NB,背光源、汽车照明市场、,LED,路灯等新应用将持续带动,LED,产业成长。预期在,2010,年以后，将由半导体照明应用为,LED,带来另一波成长的契机。,4/2/2026,系列讲座-LED,全球白炽灯禁用时间表,国家和地区,预计禁用时间,情况介绍,预估替代形式,澳大利亚,2009,年停止生产，最晚在,2010,年逐步禁止使用传统的白炽灯。,澳洲于,2007,年,2,月,20,日宣布一项计划，澳洲在,2009,年开始停止生产这类耗电灯具。最晚在,2010,年开始逐步禁止使用传统的白炽灯，将制定相关鼓励政策技术规定。,灯泡状荧光灯、省电日光灯（,CFL,）、,LED,照明灯具、,T5,荧光灯管、,OLED,照明等,台湾,规划,2010,年开始执行白炽灯禁产政策，,2012,年全面禁产。,经济部能源局在行政院产业科技策略会议中宣布，将在,2009,年第一季全面淘汰白炽灯泡，改用,LED,照明，预计,2010,年起陆续停产白炽灯，,2012,年底将全面停止使用白炽灯泡。,日本,到,2012,年止，停止制造并销售高能耗白炽灯。,政府决定到,2012,年为止，停止制造并销售高能耗白炽灯泡，东芝照明技术决定，在,2010,年之前停产普通白炽灯泡，关闭全部生产线。今后将以灯泡状荧光灯和,LED,照明灯节能产品取代白炽灯。,美国,2012,年,1,月到,2014,年,1,月。大多数白炽灯泡将于,2014,年在美国市场上禁止销售。,2007,能源独立和安全法案,（,Energy Independence and Security ActH.R.6).,该法案规定，从,2012,年到,2014,年间，美国要逐步淘汰,40W,、,60W,、,75W,及,100W,白炽灯泡，以节能灯泡取代替换。,4/2/2026,系列讲座-LED,中国,发改委预计,10,年内禁用（禁售）白炽灯,中国的国家发展改革委员会已与联合国开发计划书、全球环境基金合作共同开展“中国逐步淘汰白炽灯、加快推广节能灯专案，支持研究编制,中国逐步淘汰白炽灯、加快推广节能灯行动计划,。目前，青岛市发改委于日前下发通知，要求各区、市政府、各部门，市直各单位各大宾馆饭店、商场、写字楼、学校、医院、大型工厂企业等大力推广使用节能灯，到,2010,年以前停用白炽灯。,欧盟各国,（英国）,欧洲联盟,9,月起禁止销售,100,瓦传统灯泡，,2012,起禁用所有瓦数的传统灯泡。,欧盟零售商,2008,年开始停卖,150,瓦灯泡，,2009,年将停卖,60,瓦灯泡。如：英国零售卖场,2009,年一开张，就停止,100,瓦灯泡补货，自愿停售期到,2012,年结束，之后政府会颁罚则，改用省电日光灯（,CFL,）或,LED,照明灯具。,韩国,2013,年底前禁止使用白炽灯。,南韩,第,4,次能源利用合理化基本计划,决定，将阶段性地提高光能源仅占,5%,，而热散发量高达,95%,的白炽灯的最低能耗效率标准，并在,2013,年底前予以淘汰。,加拿大,2012,年前禁用白炽灯,加拿大自然资源部长加里伦恩,2007,年,4,月,25,日宣布，加拿大定于,2012,年开始禁止销售白炽灯。是继澳洲后第二个宣布将禁用白炽灯的国家。,预估替代形式,灯泡状荧光灯、省电日光灯（,CFL,）、,LED,照明灯具、,T5,荧光灯管、,OLED,照明等,4/2/2026,系列讲座-LED,近,2-3,年半导体照明的重点,2007,年,LED,照明产值达,48,亿元，,2010,年预计,98,亿元。,2009,年,LED,照明渗透率可望有,1.5%,，比,2008,年倍增，总产值预计可达,13,亿美元。,室内外照明,2008,年中国路灯市场规模大约,1,500,万盏左右，其中,LED,路灯的装置数量大约在,50,万盏。,2009,年中国,LED,路灯市场的装置数量预计将高达,250,万盏左右。,广东省,2,年内在,10,个城市实现“千里十万工程”,瓦房店市,7,万盏,LED,路灯，年节约电费,500,多万元,潍坊,2,万盏,LED,路灯,天津工业大学实现,5000,盏,LED,路灯,来源,LEDinside,4/2/2026,系列讲座-LED,LED,路灯照明,4/2/2026,系列讲座-LED,公司主走廊采用,LED,照明,来源,:,中国半导体照明网译,3,个,LED,组成的,3.6W,的功率即相当于,50 W,卤素灯水平。,寿命为,5,万小时,4/2/2026,系列讲座-LED,来源,:,中国半导体照明网译,LED,情调灯,2,颗红色、,1,颗蓝色及,1,颗绿色,LED,所组成，可变化出,1,677,种不同顏色。,4/2/2026,系列讲座-LED,芯片可靠性对制备技术的要求,结温的测试,结温的测试采用动态电学参数法,即利用小电流下,LED,的正向压降与温度成线性关系,:,V,f,=,nKT/q,*,ln(I,f,/I,o,)+,R,s,*I,f,式中,:V,f,为正向电压，,I,f,为正向电流,;,I,o,为反向饱和电流，,q,为电子电荷,;,K,是玻尔兹曼常数，,R,s,是,LED,内阻,;,n,是表征,P/N,结完美性的一个参量,在,1-2,之间,;,由,T,j,=,R,j,*k*I*V+T,环境,可以得到结温,式中,:,T,j,为结温,R,j,为热阻,K,为光电转换效率,I,V,为电流和电压,4/2/2026,系列讲座-LED,室温下的结温和电流的关系,芯片可靠性对制备技术的要求,4/2/2026,系列讲座-LED,*激活能的计算,实验条件：,电流：,30mA,温度：室温，,55,，,80,芯片大小：,12mil*,12mil,芯片波长：,460nm,芯片可靠性对制备技术的要求,4/2/2026,系列讲座-LED,由加速老化的阿雷尼乌斯模型：,AF=(IFac/IFop),2,*,exp(Ea,/kb*(1/Tjop-1/Tjac),）,(*),其中,AF,为加速因子，,IFac,IFop,为加速和正常工作时的电流，,Ea,为活化能，,kb,为玻尔兹曼常数，,Tjop,Tjac,为正常工作和加速时的结温。,(*),可以变化为：,ln(AF,)=Ea/kb*(1/Tjop-1/Tjac)+2ln(IFac/IFop),将相应数据代入可以得到：,Ea=0.77eV,*激活能的计算,芯片可靠性对制备技术的要求,4/2/2026,系列讲座-LED,*专利保护的树枝电极结构,-,减小电流拥堵,-,使得注入电流扩展均匀,-,正负极的树枝交错排列，电流密度分布均匀正向电压有效降低，提高了出光效率,提高白光功率芯片光效的方法,4/2/2026,系列讲座-LED,*专利保护的树枝电极结构,提高白光功率芯片光效的方法,大功率芯片图形,4/2/2026,系列讲座-LED,提高白光功率芯片光效的方法,从图中可以看出，其树枝部分是呈现出粗细变化的，宽大部分为开始的,大电流提供了更多的面积来扩散电流，避免造成电流拥堵。当电流流向,树枝状窄端时，电流不断的由侧枝扩散出去，所以传输下去的电流越来,越少，因此我们的树枝状电极相应的也做的越来越窄。因为电极引线采,用锥形工艺，导线的电阻增加电流减小。因此与点状电极相比，沿着,电极方向，各处由电极流入导电层的电流更均匀。这再一次促进了沿着,p,型和,n,型电极引线方向各处电流的均匀扩散。另外在电极的整体设计上，,理论上已经证明了正负极距离较短的设计有利于电流能够更加均匀的扩展，,而我们的大功率芯片图形结构中正负极的树枝交错排列，这使得正负极距,离得到有效的减小，也就使得电流能够得以更加均匀的分布。再加上其,电极呈树枝状分布，正向电压可达,3.4V,以下。美国专利,高功率高亮度发光二极管及其制法,（授权号：,USP6,，,650,，,018,）。,4/2/2026,系列讲座-LED,提高白光芯片光效的方法,*专利保护的背反射镜的优化，提高光效,-,背镀反射镜，提高出光效率,60%-100%,通过制作布拉格反射镜提高出光效率，即在芯片的背,面或者窗口处蒸镀反射金属，使有源层向上下两个方,向发出的光都能够得到利用，提高出光效率,50%-100%,4/2/2026,系列讲座-LED,氮化镓基发光二极管包括透明衬底和用于透射,LED,产生光的窗口。理论上来讲，在有源层发出的光等几率地分别从窗口和蓝宝石衬底方向出射，如果利用的是通过窗口发出的光，那么从有源层发射向透明衬底的光大部分会损失；同样地，如果利用的是通过衬底发出的光，那么从有源层发射向窗口的光大部分会损失。所以我们需要一个分布布拉格反射镜，如果利用由窗口发出的光，反射镜直接形成于衬底背面；而如果利用透过衬底的光，反射镜直接形成于窗口的发光部分。即分布布拉格反射镜可以形成于衬底背面或窗口表面，光提取率可增加,50-100%,。,5,、,4/2/2026,系列讲座-LED,分布布拉格反射镜也可以采用反射率比较好的银或铝等金属。另外，这些反射层也可以使用那些可以提供更多散热优点的材料，以提高其散热的能力。,如图所示，其中包括：,蓝宝石衬底,101,；缓冲区,102,；,GaN,替代的衬底层,103,；,N,型,GaN,层,104,；活性区,106,；,P,型,GaN,层,107,；,窗口层,108,和,109,；,N,电极,105,；,P,接触层,110,和,111,；,分布布拉格反射镜,112,和,212,。,4/2/2026,系列讲座-LED,提高白光芯片光效的方法,109,108,107,106,104,103,102,101,112,109,110,111,105,109,108,107,106,104,103,102,101,212,109,110,111,105,专利保护的背反射镜的示意图,4/2/2026,系列讲座-LED,提高白光芯片光效的方法,分布布拉格反射镜技术示意图,（美国授权号：,USP6,，,643,，,304,）,如图,9,所示，其中包括：,蓝宝石衬底,101,；缓冲区,102,；,GaN,替代的衬底层,103,；,N,型,GaN,层,104,；,活性区,106,；,P,型,GaN,层,107,；,窗口层108,和,109,；,N,电极,105,；,P,接触层,110,和,111,；,分布布拉格反射镜,112,和,212,。,4/2/2026,系列讲座-LED,提高芯粉结合技术 点亮白光市场,用于白,光,LED,的发光材料主要有四大类，,而,YAG,发光材料以其转化效率高成为,制作白光,LED,最成熟的主流技术路线。,石榴石结构的稀土掺杂的复合氧化物,发光材料，如,YAG,和,TAG,；,硅酸盐基质发光材料：,硅氧氮化合物发光材料；,硫化物或硫代氧酸盐发光材料；,4/2/2026,系列讲座-LED,（部分）激发荧光体使其发出,黄光,LED,发出蓝光 （透镜）复合成白光,（部分）剩余,蓝光,1