半导体发光二极管讲义

半导体发光二极管讲义第一页，共二十三页，2022年，8月28日定义：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。Lightemittingdiode,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第二页，共二十三页，2022年，8月28日根据应用划分的超高亮度发光二极管市场第三页，共二十三页，2022年，8月28日LED水下灯饰LED照明的会议室第四页，共二十三页，2022年，8月28日汽车灯草坪灯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)第五页，共二十三页，2022年，8月28日在电流作用下，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发光原理第六页，共二十三页，2022年，8月28日可见光波长：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=hυυ：频率，h：普朗克常数（4.14×10-15eV·s）

发光波长:λ=c/υ=hc/E=1240/E（nm）禁带宽度2.0eV,发光波长：620nm

第七页，共二十三页，2022年，8月28日白光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,高档场所应用第八页，共二十三页，2022年，8月28日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hvnp第九页，共二十三页，2022年，8月28日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性能途径第十页，共二十三页，2022年，8月28日提高复合几率（內量子效率）:量子阱结构第十一页，共二十三页，2022年，8月28日提高出光效率第十二页，共二十三页，2022年，8月28日(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。5、LED的电流电压特性和性能参数第十三页，共二十三页，2022年，8月28日外延片生长芯片制备封装n型电极p型电极

6、LED制备流程第十四页，共二十三页，2022年，8月28日（1）外延片生长：金属有机气相沉积metalorgannicchemicalvapordeposition（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NH3光学探头冷却水尾气管(CH3)3Ga+NH3GaN+3CH4H2第十五页，共二十三页，2022年，8月28日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十六页，共二十三页，2022年，8月28日蓝宝石缓冲层未掺杂GaNn-GaN:SiP-AlGaN:MgBarrierGaNWellInGaNP-GaN:Mg金属电极n-AlGaN:Si金属电极量子阱（2）芯片制备：

第十七页，共二十三页，2022年，8月28日光刻刻蚀镀膜光刻、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。

第十八页，共二十三页，2022年，8月28日增加外量子效率：厚的窗口层及透明基板第十九页，共二十三页，2022年，8月28日表面编织第二十页，共二十三页，2022年，8月28日改变芯片几何形状第二十一页，共二十三页，