LED基础知识培训-外延、芯片王立 2009-3-16 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation内容提要 1 2 3 4 LED器件基础知识 LED器件基础知识 LED材料生长 LED材料生长 LED芯片制造芯片制造高效率LED芯片设计芯片设计高效率 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi CorporationLED器件基础知识 1、半导体发光的概念发光是物体内部以某种方式吸收的能量转化为光辐射的过程。
发光是一种非平衡辐射。
区分各种非平衡辐射的宏观光学参量是辐射期间—去掉激发后辐射还可延续的时间。
发光的辐射期间在10-11秒以上。
Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi CorporationLED器件基础知识半导体发光的不同形态粉末发光。
薄膜发光。
结型发光。
通常所说的半导体发光是指结型发光——器件的核心在于p-n结。
半导体照明技术是结型电致发光和粉末光致发光的结合。
Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi CorporationLED器件基础知识 2、半导体发光的研究历史 1907 ! Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi CorporationLED器件基础知识 1923, O.W. Lossev of Russia reported electroluminescent light emission in silicon carbide crystals. 1937, F. Destriau of France reported (field-excited electroluminescence of zinc sulfide powders. 1939 – 1944 World War II 1951 – Solid State Lighting potential resurfaced when a team of researchers led by Kurt Lehovec started to investigate the electroluminescent potential of silicon carbide. 1962 – Nick Holonyak Jr, working at General Electric, gave the first practical demonstration of LEDs. 1968 – HP Labs develops the first commercially available light-emitting diode. GE, Bell Labs make the same claim. LEDs were first invented in England, Korea and China as well, depending upon who you talk to. …… 1994 –高亮度蓝光LED实现产业化，半导体照明成为可能。
Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi CorporationLED器件基础知识 3、半导体发光的原理——p-n结正向偏压下，电子和空穴复合 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi CorporationLED器件基础知识能带理论与半导体发光由于晶体中原子的周期性排列而使价电子不再为单个原子所有—电子的共有化。
电子的共有化使原先每个原子中具有相同能级的电子能级，因各原子间的相互影响而分裂成一系列和原来能级很接近的新能级，形成能带。
E B 1s ∆E A O r r0 原子中的能级晶体中的能带∆E 氢原子的能级分裂 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi CorporationLED器件基础知识两个相邻能带间可能有一个能量间隔-禁带禁带宽度的大小是区分导体、半导体和绝缘体的重要特征空带空带• • • • • • • • • • • • • • • • • • 空带满带• • • • • • • • • • • • • • • • • • ∆Eg 禁带满带∆E g • • • • • • • • • • • • • • • • • • 禁带满带导体能带 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation 半导体能带绝缘体能带LED器件基础知识 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi CorporationLED器件基础知识 LED的I-V特性和发光光谱 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi CorporationLED器件基础知识发光波长取决于禁带宽度：λ= 1240/Eg (nm 可见光的波长范围：380nm -800 nm，对应的禁带宽度约3.3~1.6eV 通过形成混晶可以实现发光波长的连续变化。
Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi CorporationLED器件基础知识影响发光效率的几个因素能带类型：直接带隙、间接带隙非辐射复合中心密度：杂质、缺陷器件结构：载流子局域化、异质结、量子阱Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi CorporationLED器件基础知识影响出光效率的几个因素内吸收——采用窗口层电极吸收——透明电极衬底吸收——采用透明衬底或反射镜全内发射——表面粗化、光子晶体、改变界面折射率，球面封装。
Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi CorporationLED器件基础知识制造衬底制造发光二极管外延片制造芯片封状成成品例如GaAs、、例如 Al2O3 、 SiC等等例如MOCVD 例如一片2直径英寸的外一片直径英寸的外延片可以加工10000 延片可以加工多个LED芯片多个芯片Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi CorporationLED器件基础知识进入门槛高低 $$$$$$$$$ Level 1 外延材料制备 Level 2 发光芯片制备 Level 3 发光器件封装 Level 4 发光产品应用参与者数量☺☺☺☺☺☺☺☺☺☺☺☺☺☺☺☺☺☺☺☺☺☺☺☺☺☺☺☺☺ $$$$$$ $$ $ Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation内容提要 1 2 3 4 半导体发光物理基础 LED材料生长 LED材料生长 LED芯片制造芯片制造高效率LED芯片设计芯片设计高效率 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation LED常用发光材料序号 1 发光材料 GaP 发光颜色红色（）、黄绿（）、）、黄绿）、标红色（RD）、黄绿（YG）、标绿（SG））黄色（）、橙色（）、橙色黄色（HY）、橙色（HO））红外（红外（IRC））应用指示灯，数码、时钟显示，指示灯，数码、时钟显示，底背光，底背光，发光条等同上光耦，光耦，近距离传输等 2 3 4 GaAsP/GaP GaAs GaAlAs/GaAs 红色（、）、红外红色（SR、SRD）、红外（IRA）指示灯，数码、时钟显示，）、红外（）指示灯，数码、时钟显示，点阵，点阵，遥控发射等绿色—红色连续可调绿色红色连续可调紫外---绿光连续可调紫外绿光连续可调大屏幕、交通灯、大屏幕、交通灯、各种汽车灯、景观灯等大屏幕、交通灯、汽车灯、大屏幕、交通灯、汽车灯、景观灯、白光照明、景观灯、白光照明、各种屏幕背光等。
种屏幕背光等。
实验室研究阶段 5 6 AlGaInP/GaAs GaN/Al2O3GaN/SiC GaN/Si ZnO、 ZnO、ZnSe 7 同为短波长发光 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation发光材料制备-衬底发光材料制备衬底常用的衬底材料： Si、Ge、GaAs、InP、SiC、GaP 、Al2O3、 AlN、ZnO、GaN、ScAlMgO4、MgAl2O4 衬底的制备方法：直拉法、区熔法、定向凝固法、水热法、HVPE法 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation发光材料制备-衬底发光材料制备衬底 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation 发光材料制备-衬底发光材料制备衬底半导体单晶制造技术——直拉法直拉法半导体单晶制造技术 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation发光材料制备-衬底发光材料制备衬底 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation 发光材料制备-外延发光材料制备外延 Epitaxy---由希腊文“ep”和“taxio”引申而来，意思是“…….之上排列”。