半导体发光二极管讲义

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,*,South China Normal University,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,*,South China Normal University,半导体发光二极管,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,器件。,Light emitting diode,LED,二十世纪90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、,白光,1、发光二极管定义和应用,根据应用划分的超高亮度发光二极管市场,LED水下灯饰,LED照明的会议室,汽车灯,草坪灯,LED特点：,电压低，小于5伏；响应时间短，几十 nS；,寿命长，几万小时以上;耗能低；,无污染,LED应用：,背光源,、,大屏幕显示、灯具、防伪、生物、医学,白光LED流明效率达到150流明/瓦（lm/W）,流明效率已经超过日光灯（80lm/W),在电流作用下，,n,型层的电子和,p,型层的空穴发生扩散，电子和空穴复合发光。,2、LED发光原理,可见光波长：380nm770nm(700nm),发光二极管波长：紫:380-410nm;,蓝:430-480nm;,绿:510-550nm;,黄:570-600nm;,红:620-700nm,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:E=h,：频率，h：普朗克常数,（4.1410,-15,eVs,）,发光波长:,=c/,=hc/E=1240/E,（,nm,）,禁带宽度2,.0eV,发光波长：620,nm,白光,LED发,光原理,1:蓝光芯片激发黄光荧光粉:成本低,应用最广,2:紫光或紫外光芯片激发蓝,黄,红荧光粉,芯片发光效率不高,3:红,绿,蓝芯片组合,成本高,高档场所应用,注入的电子和空穴数目；,非辐射复合中心的数目；,辐射复合几率；,出光效率,3、决定LED强度因素,hv,n,p,获得较高载流子浓度的,p,型和,n,型材料；,减少缺陷和杂质浓度；,提高电子和空穴的复合几率；,提高出光效率。,4、提高LED性能途径,提高复合几率（,內量子效率）,:量子阱结构,提高出光效率,(1)发光波长（,）；一般用nm表示。,(2)正向电压:,20mA,时所用电压；一般用,V,f,。,(3)输出光功率:,20mA,时的输出光功率，用mW，W表示。,20mA,时的输出光功率，单位：坎德拉，cd；mcd；,照明光源：流明/瓦；lm/W；,白炽灯（25lm/W）；日光灯（80lm/W）,(4)反向漏电流：反向,5,伏或,10,伏时的反向电流。,5、LED的电流电压特性和性能参数,外延片生长,芯片制备,封装,n型电极,p型电极,/,6、LED制备流程,（1）外延片生长：,金属有机气相沉积,metal organnic chemical vapor deposition（MOCVD）,生长参数：,温度、气压、原材料、,流量、掺杂剂量,热电偶,尾气管,GaN-MOCVD反应室管,有机源,NH,3,光学探头,冷却水,尾气管,(CH,3,),3,Ga+NH,3,GaN+3CH,4,H2,LED外延片结构：,同质结、异质结、双异质结、量子阱、量子点,发光二极管材料的选择,：,1.带隙宽度合适,2.有合适的衬底材料,3.可获得高电导率n型和p型材料,4.载流子复合几率大,可获得,异质,结或,量子阱结构,蓝宝石,缓冲层,未掺杂GaN,n-GaN:Si,P-AlGaN:Mg,Barrier GaN,Well InGaN,P-GaN:Mg,金属电极,n-AlGaN:Si,金属电极,量子阱,（2）芯片制备：,光刻,刻蚀,镀膜,光刻、刻蚀,合金,镀膜,镀膜,光刻、刻蚀,合金,光刻、刻蚀,外延片,工序：,光刻、刻蚀、镀膜、合金、划片（切割）、裂片、分选,设备：,光刻机、刻蚀机、电子束蒸发台（镀膜机）、合金炉、磨片机、划片机、裂片机、,芯片分选设备,制备环节多，各环节的稳定性，成品率对于规模化生,产极为重要。,增加外量子效率：厚的窗口层及透明基板,表面编织,改变芯片几何形状,采用光子晶体技术,（3）、LED封装：,工序：装架、键合、封装、等,国内绝大数公司从事LED封装和应用产品生产,外延片生长和芯片制备产业薄弱,