半导体发光二极管讲义_2.ppt

* 半导体发光二极管 第1页，共23页。 South China Normal University 根据应用划分的超高亮度发光二极管市场 第3页，共23页。 South China Normal University LED水下灯饰 LED照明的会议室 第4页，共23页。 South China Normal University 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) 汽车灯 草坪灯 第5页，共23页。 South China Normal University 2、LED发光原理 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。 第6页，共23页。 South China Normal University 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 υ υ：频率，h ：普朗克常数 （4.14×10 -15 eV·s ） 发光波长: λ=c/ υ=hc/E=1240/E（nm ） 禁带宽度2 .0eV, 发光波长：620nm 可见光波长：380nm ～770nm(700nm), 发光二极管波长：紫:380-410nm; 蓝:430-480nm; 绿:510-550nm; 黄:570-600nm; 红:620-700nm 第7页，共23页。 South China Normal University 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 第8页，共23页。 South China Normal University 3、决定LED强度因素 注入的电子和空穴数目； hv 非辐射复合中心的数目； 辐射复合几率； n p 出光效率 第9页，共23页。 South China Normal University 提高复合几率（內量子效率）: 量子阱结构 第11页，共23页。 South China Normal University 提高出光效率 第12页，共23页。 South China Normal University 5、LED的电流电压特性和性能参数 (1)发光波长（ λ）；一般用nm 表示。 (2)正向电压: 20mA 时所用电压；一般用Vf 。 (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。 第13页，共23页。 South China Normal University 6、LED制备流程 外延片生长 芯片制备 封装 / n型电极 p型电极 第14页，共23页。 South China Normal University （1）外延片生长： 金属有机气相沉积 metal organnic chemical vapor deposition（MOCVD ） (CH3) 3Ga + NH 3 H2 GaN + 3CH 4 光学探头 生长参数： 温度、气压、原材料、 有机源 NH 3 冷却 水 流量、 掺杂剂量 尾气管 尾气管 热电 GaN-MOCVD反应室管 偶 第15页，共23页。 South China Normal University 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 第16页，共23页。 South China Normal University （2）芯片制备： 金属电极 P-GaN:Mg P-AlGaN:Mg 量子阱 Well InGaN Barrier GaN n-AlGaN:Si 金属电极 n-GaN:Si 未掺杂GaN 缓冲层 蓝宝石 第17页，共23页。 South China Normal University 工序： 外延片 镀膜 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 光刻 光刻、刻 蚀 台（镀膜机）、合金炉、磨片机、 划片机、裂片机、 芯片分选设备 刻蚀 镀膜 合金 合金 镀膜 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。 光