《半导体照明讲座》PPT课件
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半导体照明技术(第十讲)
一个刺到相应的位置上。
手工刺片和自动装架相比有一个好处，便于随时更换不同 的芯片，适用于需要安装多种芯片的产品。
半
（6）自动装架
导
体
照
明
技
术
自动装架其实是结合了沾胶（点胶）和安装芯片两大步骤：
先在LED支架上点上银胶（绝缘胶）， 然后用真空吸嘴将LED芯片吸起移动位置， 再安置在相应的支架位置上。
自动装架在工艺上主要要熟悉设备操作编程，同时对设备的
沾胶及安装精度进行调整。 在吸嘴的选用上尽量选用胶木吸嘴，防止对LED芯片表面 的损伤，特别是兰、绿色芯片必须用胶木的。因为钢嘴会划伤 芯片表面的电流扩散层。
半
（7）烧结
导
体
照
明
技
术
烧结的目的是使银胶固化，烧结要求对温度进行监控，防
止批次性不良。
式中RT为两点间的热阻， T 为两点间的温度差，PD为两点 间的热功率流。热阻单位为°C/W或K/W
半
2、结构层热阻
导
体
照
明
技
术
结构层热阻RT正比于层的厚度L，反比于材料的热导率λ 和 层的面积S：
RT
3、扩展热阻
L S
当一热流通过一小面积进入无限固体中时，所产生的热阻 称为扩散热阻。
它的大小除与其无限固体的热导率有关外，还与接触面积 和形状有关。面积一定时，细长形接触的扩展热阻低于方形， 环形的小于椭圆形的，更小于圆形的。
引脚式封装；
平面式封装； 表面贴装式SMD LED； 食人鱼Piranha LED。
半
导
体
照
明
技
术
三、引脚式封装
（一）引脚式封装结构 LED引脚式封装采用引线架作为各种封装外型的引脚，常见 的是直径为5mm的圆柱型（简称Φ 5mm）封装。
2 第1章 光 视觉 颜色——半导体照明课件PPT
R
d
dP
c osd
Rθ的数值与辐射面的性质有关，并且随给定方 向而改变。
3、朗伯定律
对于某些面辐射源或理想的漫射面，辐射亮度Rθ不 随给定方向θ变化，就称这些面辐射源是遵守朗伯定律 的辐射源, 这种源又称为余弦辐射体或朗伯光源。
对于这些表面，所有方向亮度都相等，而且元表 面d σ的辐射强度dJ θ与表面法线和给定方向间夹角θ的 余弦成正比，即
I r02
cos
接收器处于光源正前方，θ=0，故：
I r02
如此定标后，将待测光源置于同样距离的位置，可测出 该光源的法向光强。
（2）总光通量F
光源的总光通量是描述光源总的光输出的重要参数。测 量总光通量的常用方法是积分球法。
积分球
积分球是由两个半球体组成的一个空心球体，球体上开有出 射窗口，此处安装视见度校正过的接收器。球的内表面涂有 白色的氧化镁或硫酸钡涂料，使其反射符合朗伯定律的漫反 射，以使在积分球的内表面各处产生均匀的照度。
的单位是勒克斯(lx)。1 lx表示在1 m2面积上均匀
分布1 lm光通量的照度值，即1 lx＝1 lm/m2。
一般情况下，1 lx的照度仅能辨别物体的轮廓；照度为 5-10 lx时，看一般书籍比较困难；短时阅读的照度不应 低于50 lx。
常见照度（勒克斯）：
阳光直射(正午)下: 110000
阴天室外:
如果是全部波长范围内的辐射功率，则为：
P() 0 Pd
P λ是一个相对的分布函数。光谱分布的两个主要 参数是它的峰值波长和带宽。
2、辐射度量及单位 （1）辐射能U
度量辐射能的物理量成为辐射度，单位是：焦耳 （J）。辐射能是一种传播着电磁波的能量。
（2）辐射通量或辐射功率P 单位时间内流过面积元dσ的能量，称为流过的辐射
3 第1章 光 视觉 颜色——半导体照明课件PPT
第三节 颜 色 三、三原色原理
指自然界中常见的大部分 彩色都可由三种相互独立的基 色按照一定比例混合得到。
所谓独立，是指其中任何 一种原色都不能由另外两 种原色合成。
第三节 颜 色 三、三原色原理
相加混色规律
红色＋绿色＋蓝色＝白色 红色＋绿色＝黄色 红色＋蓝色＝品红（紫） 绿色＋蓝色＝青色
黄色＋蓝色＝白色 品红＋绿色＝白色 青色＋红色＝白色
总结颜色的基本特性：色调、彩度和明度。
注意： 彩色系列：具有完整的三个特性 黑白系列：只有明度
彩度为0 没有色调
二 颜色的基本特性 2、基本特性
总结颜色的基本特性：色调、彩度和明度。
色调＋彩度（色饱和度）＝色度 色度既说明彩色光的颜色类别，又说明颜色的深浅程度。
色度＋亮度＝完整彩色 非彩色只有亮度的差别，而没有色调和饱和度这两种特性 。
含义：发光体发出的光所形成的颜色 通常分 单色光：颜色取决于单色光的波长——光谱色
复合光：颜色取决于复合光的光谱能量分布
2、物体表面色
含义：物体(非发光体)表面的颜色 ——由被该表面的反射光所呈现的知觉色 入射光的光谱能量分布
物体色取决于 物体表面的反射比
二 颜色的基本特性 1、颜色的分类
黑白系列:黑、深灰、中灰、浅灰、白
1）任一给定颜色可以用三种原色(红、绿、蓝)按一定比 例混合而成，或者说各种颜色的光都可以分解成红、绿、 蓝三种原色。
2）三原色理论认为，人眼视网膜上的锥状细胞包含着红、 绿、蓝三种反映色素，它们分别对不同波长的光发生反 应，视觉神经中枢综合这三种刺激的相对强度而产生一 种颜色感觉，三种刺激的相对强度不同时，就产生不同 的颜色视觉。
相加混色图
第三节 颜 色 三、三原色原理
半导体照明课件 10 第9章 InGaN 发光二极管
四、提高质量和降低成本的几个重要的技术问题
1. 衬底
用于氮化镓生长的衬底材料性能优劣比较
衬底材料
Al2O3
SiC
晶格失配度 差
中
界面特性
良
良
化学稳定性
优
优
导热性能
差
优
热失配度
差
中
。导电性
差
优
光学性能
优
优
机械性能
差
差
价格
中
高
尺寸
中
中
Si
ZnO
GaN
差
良
优
良
良
优
良
差
优
优
优
优
差
差
优
优
优
优
差
优
优
优
良
中
低
高
电子漂移饱和速度高、介电常数小、导热性能好
耐酸、耐碱、耐腐蚀（可用于恶劣环境）
二、Ⅲ-N化合物半导体的基本性质
AI、Ga、In与N形成的三族氮化合物，其主要价键 是共价键。即每个原子形成四面体键，由于两种原子的 电负性相差较大，共价键带有很强的离子性，因此材料 的各自的相结构稳定。
GaN、InN、AlN可以结晶为三种晶体结构：纤锌矿 (六方相)、闪锌矿(立方相)和岩盐(NaCI结构)结构。
闪锌矿型结构只有生长在与之具有拓扑学亲和性的衬底 上，才可以被稳定下来，如生长在(001)GaAs、(001)3CSiC、(001)MgO和(001)Si等衬底上，则可获得闪锌矿 GaN。
二、Ⅲ-N化合物半导体的基本性质
纤锌矿结构(六方):具有两个轴a、c;c/a=1.633, 属于P63mc空间群
半导体照明课件--第章-InGaN-发光极管 (一)
半导体照明课件--第章-InGaN-发光极管 (一)半导体照明课件--第章-InGaN-发光极管InGaN-发光极管是一种高效的半导体照明设备，也被称为蓝光发光二极管。
它广泛应用于室内和室外照明、汽车灯光、电视和显示器背景照明等领域。
本文将从以下几个方面对InGaN-发光极管进行介绍。
1. InGaN-发光极管的原理InGaN-发光极管是以InGaN材料为基础的半导体照明设备。
当电流通过InGaN-发光极管时，它会发射出蓝光。
由于InGaN材料的带隙比较宽，所以蓝光光谱的峰值比其他颜色的光要高得多。
为了得到其他颜色的光，可以使用荧光粉在InGaN-发光极管上涂覆一层，这样当蓝光通过荧光粉层时，它会被转换成其他颜色的光。
2. InGaN-发光极管的优点相比传统的白炽灯和荧光灯，InGaN-发光极管具有许多优点。
首先，它具有更长的寿命，可以使用数千个小时而不需要更换。
其次，它的能源效率更高，可以在相同的能源下比其他灯具提供更多的光。
此外，它还可以提供更多的光输出，因为它可以改变发光强度和颜色，适合各种用途。
3. InGaN-发光极管的应用InGaN-发光极管广泛应用于各种照明和显示应用中。
在家庭照明领域，它被用作白炽灯和荧光灯的替代品，可以提供更长的寿命和更高的能源效率。
在商业照明领域，它被用于提高客户体验，例如用于餐厅和商店的背景照明。
在汽车工业中，它被用于汽车的前大灯和尾灯等照明器具。
4. InGaN-发光极管的未来发展随着技术的不断进步和人们对能源效率的需求增加，InGaN-发光极管将有更广泛的应用前景。
随着LED技术不断的变革和提高，InGaN材料的制造技术也在不断发展，使得其价格越来越便宜，未来将衍生出更多的应用领域。
总的来说，InGaN-发光极管是一种极具前景的半导体照明设备，它不仅能够提供更高的能源效率，还可以提供更多的光输出。
随着技术的不断发展，它将为世界带来更多的可能性。
第一讲++半导体照明技术
关于发光强度的单位坎德拉
坎德拉（Candela），发光强度的单位，国际单位制七个 基本单位之一，符号cd。 1979年10月第十六届国际计量 大会将坎德拉定义为：540.0154×1012Hz（频率）的单色 辐射光源（黄绿色可见光），在某给定方向上的发光强 度，且在该方向的辐射度为(1/683)W/sr。1坎德拉的点状 光源所发出的总光通量为4π流明。
LED汽车照明市场前景 资料显示，2015年整体车外照明用LED数量达27.9亿
颗，预期到了2020年则将有36.7亿颗，而远近灯与位置灯 的LED封装体颗数，年复合成长皆超过15%，前灯模组 LED封装的颗数则成长幅度最高，年复合成长率达23%。
如今，汽车照明正在从传统的照明领域向新兴的 LED领域转型，汽车用LED照明份额也在逐年上升。据 预测，全球汽车LED灯具市场到2020年将达70亿美元，年 复合增长率超过18%。
明视觉，中间视觉和暗视觉
≥130ccdd//mm22
00..0011ccdd//mm22
问题：
漆黑的夜晚，为什么用眼角看物体更清楚？ 漆黑的夜晚，能不能看见对方穿什么颜色
的衣服？ 在白天，人眼对什么颜色的光最敏感？晚
上呢？
辐射度与光度
辐射度学是对电磁辐射能量进行客观计量的学科， 以能量单位描述辐射能这个客观物理量。
一支普通蜡烛的发光强度约为1cd。
国内早些时候，把每1瓦的白炽灯的发光强度称之为一支 烛光，如25瓦的就称之为25支烛光。其原因是一只 220V/100W的白炽灯发出的光通量约等于400π流明。换 算下来每1W的发光强度差不多就是1cd。
照度
概念：在被照物体表面上，单位面积所接收到的光
通量。
E d dS
《半导体照明》PPT课件上课讲义
标2总0志“功0衡0着率器0颗L1”E2超D0高0光高W6源亮米,在进白，众光 入L多E新重普D的2将通5里0“照K程衡明g 碑器的”衬点托缀下 的更通引体人透 注明 目
存在的问题
• 价格过高 • 发光效率还不够高 • 性价比低 • 还不到民众普及的时刻 • 半导体照明的寿命实际上还涉及多方面的
问题，与10万小时的理论寿命有差距 • 专利争议
• 高频特性，可以达到300G Hz（硅为10G， 砷化镓为80G）
GaN半导体材料特点
• 高温特性，在300℃正常工作（非常适用于 航天、军事和其它高温环境）
• 耐酸、耐碱、耐腐蚀（可用于恶劣环境）
• 高压特性（耐冲击，可靠性高）
• 大功率（对通讯设备是非常渴望的）
GaN外延片生产
• 通过MOCVD进行GaN单晶膜外延生长 用蓝宝石为衬底材料 用高纯氨气提供氮源 用金属有机源提供镓、铟、铝源 通过金属有机源化学气相沉积的方法 进行生长
方大集团于2001年9月在国内第一个 生产出GaN基LED外延片
方大集团6X2MOCVD设备
GaN基蓝绿光LED芯片
GaN基大功率蓝光LED芯片
GaN半导体光电器件应用
• 蓝、绿光LED
全彩色大屏幕 交通信号灯 背光源、仪器仪表指示灯 景观光源
室外大LED全彩色屏幕
LED交通信号灯
城 市 建 筑 装 饰 灯 光 工 程
七、未来的前景
未来的指标
• 发光效率达到 200 ml/w • 显色指数接近 100% • 新的半导体材料和技术会进一步发展 • 价格下降，为百姓所接受
进入主流光源是必然趋势
• 没有人怀疑 • 国内外的传统照明企业都非常积极 • 真正进入绿色照明 • 产业链条已经形成，互动作用明显
存在的问题
• 价格过高 • 发光效率还不够高 • 性价比低 • 还不到民众普及的时刻 • 半导体照明的寿命实际上还涉及多方面的
问题，与10万小时的理论寿命有差距 • 专利争议
• 高频特性，可以达到300G Hz（硅为10G， 砷化镓为80G）
GaN半导体材料特点
• 高温特性，在300℃正常工作（非常适用于 航天、军事和其它高温环境）
• 耐酸、耐碱、耐腐蚀（可用于恶劣环境）
• 高压特性（耐冲击，可靠性高）
• 大功率（对通讯设备是非常渴望的）
GaN外延片生产
• 通过MOCVD进行GaN单晶膜外延生长 用蓝宝石为衬底材料 用高纯氨气提供氮源 用金属有机源提供镓、铟、铝源 通过金属有机源化学气相沉积的方法 进行生长
方大集团于2001年9月在国内第一个 生产出GaN基LED外延片
方大集团6X2MOCVD设备
GaN基蓝绿光LED芯片
GaN基大功率蓝光LED芯片
GaN半导体光电器件应用
• 蓝、绿光LED
全彩色大屏幕 交通信号灯 背光源、仪器仪表指示灯 景观光源
室外大LED全彩色屏幕
LED交通信号灯
城 市 建 筑 装 饰 灯 光 工 程
七、未来的前景
未来的指标
• 发光效率达到 200 ml/w • 显色指数接近 100% • 新的半导体材料和技术会进一步发展 • 价格下降，为百姓所接受
进入主流光源是必然趋势
• 没有人怀疑 • 国内外的传统照明企业都非常积极 • 真正进入绿色照明 • 产业链条已经形成，互动作用明显
6 第4章 半导体的激发与发光——半导体照明课件PPT
注：声子就是晶格振动的简正模能量量子。
第二节 注入载流子的复合
直接带隙半导体 间接带隙半导体
价带的极大值和导带的极小 价带的极大值和导带的极
值都位于k空间的原点上；
小值不位于k空间的原点上
价带电子跃迁到导带时，只 要求能量的改变，而电子的 准动量不发生变化，称为直 接跃迁；
价带的电子跃迁到导带时 ，不仅要求电子的能量要 改变，电子的准动量也要 改变，称为间接跃迁
（2）热击穿（不可逆）
反向电压
反向电流
结温
热激发
3、PN结的电容效应 在PN结内的耗尽层中，存在相对的正负电荷，根据外加电压
能改变耗尽层的宽度，因而电容量也随之变化，因此PN结具有 的电容效应。
在突变结的情况下：
Cj
C0
(1
V
)
1 2
在缓变结的情况1 3
式中C0是无外加电压时耗尽层的电容量。
I （毫安）
３０
正向
２０
１０
0
0.2
V（伏）
1.0
（２） 反向偏压
在ＰＮ结的P型区接电源负极，N型区接电源正极， 叫反向偏压。
E
p型
n型
E阻
阻挡层势垒增大、变宽， 不利于空穴向Ｎ区运动，
I 也不利于电子向P区运动，
没有正向电流。 PN结表现 为大电阻。
但是，由于少数载流子 的存在，会形成很弱的反 向电流，这个电流也称为 反向饱和电流。
直接跃迁对应的半导体材料 称为直接禁带半导体， GaAs，GaN，ZnO。
间接跃迁对应的半导体材 料称为间接禁带半导体， 例子：Si，Ge，GaP。
表4-2 直接和间接带隙半导体的理论复合概率（300K）
化合物 GaAs GaSb InP
第二节 注入载流子的复合
直接带隙半导体 间接带隙半导体
价带的极大值和导带的极小 价带的极大值和导带的极
值都位于k空间的原点上；
小值不位于k空间的原点上
价带电子跃迁到导带时，只 要求能量的改变，而电子的 准动量不发生变化，称为直 接跃迁；
价带的电子跃迁到导带时 ，不仅要求电子的能量要 改变，电子的准动量也要 改变，称为间接跃迁
（2）热击穿（不可逆）
反向电压
反向电流
结温
热激发
3、PN结的电容效应 在PN结内的耗尽层中，存在相对的正负电荷，根据外加电压
能改变耗尽层的宽度，因而电容量也随之变化，因此PN结具有 的电容效应。
在突变结的情况下：
Cj
C0
(1
V
)
1 2
在缓变结的情况1 3
式中C0是无外加电压时耗尽层的电容量。
I （毫安）
３０
正向
２０
１０
0
0.2
V（伏）
1.0
（２） 反向偏压
在ＰＮ结的P型区接电源负极，N型区接电源正极， 叫反向偏压。
E
p型
n型
E阻
阻挡层势垒增大、变宽， 不利于空穴向Ｎ区运动，
I 也不利于电子向P区运动，
没有正向电流。 PN结表现 为大电阻。
但是，由于少数载流子 的存在，会形成很弱的反 向电流，这个电流也称为 反向饱和电流。
直接跃迁对应的半导体材料 称为直接禁带半导体， GaAs，GaN，ZnO。
间接跃迁对应的半导体材 料称为间接禁带半导体， 例子：Si，Ge，GaP。
表4-2 直接和间接带隙半导体的理论复合概率（300K）
化合物 GaAs GaSb InP
半导体照明复习ppt
其中，蓝宝石单晶(Al2O3)是目前用于氮化镓生长的 最普遍的衬底材料。
SiC 衬底 优点：电极：L型(垂直接触）电极设计，电流是纵向流动
的，两个电极分布在器件的表面和底部，所产生的
热量可以通过电极直接导出。
3. Led芯片的结构
LED芯片有两种基本结构，横向结构和垂直结构。 横向结构LED芯片的两个电极在LED芯片的同一侧，电 流在n-和p-类型限制层中横向流动不等的距离。
料称为间接禁带半导体， 例子：Si，Ge，GaP。
3、三代半导体材料
第一代半导体材料，元素半导体材料； 以Si和Ge为代表， Si：Eg=1.12 eV
第二代半导体材料，化合物半导体材料； 以GaAs，InP等材料为代表， GaAs：Eg=1.46eV
第三代半导体材料，化合物半导体材料； 以GaN、SiC、ZnO等材料为代表，GaN: Eg=3.3 eV
收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，可以得到得
白光。
现在，对于InGaN/YAG白色LED，通过改变YAG荧光 粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温350010000K的各色白光。
LED实现白光的三种主要方式
八、LED封装技术 1、封装的作用
将普通二极管的管芯密封在封装体内，其
作用是保护芯片和完成电气互连。 对LED的封装则是实现 输入电信号、 保护芯片正常工作 输出可见光的功能
生产设备包括金属有机化合物化学气相淀积仪(Metalorganic Chemical Vapor DePosition，MOCVD) 、液相外镀炉、 光刻机、划片机、全自动固晶机、金丝球焊机、硅铝丝超声压焊
机、灌胶机、真空烘箱、芯片计数仪、芯片检测仪、倒膜机、光
色点全自动分选机等。
SiC 衬底 优点：电极：L型(垂直接触）电极设计，电流是纵向流动
的，两个电极分布在器件的表面和底部，所产生的
热量可以通过电极直接导出。
3. Led芯片的结构
LED芯片有两种基本结构，横向结构和垂直结构。 横向结构LED芯片的两个电极在LED芯片的同一侧，电 流在n-和p-类型限制层中横向流动不等的距离。
料称为间接禁带半导体， 例子：Si，Ge，GaP。
3、三代半导体材料
第一代半导体材料，元素半导体材料； 以Si和Ge为代表， Si：Eg=1.12 eV
第二代半导体材料，化合物半导体材料； 以GaAs，InP等材料为代表， GaAs：Eg=1.46eV
第三代半导体材料，化合物半导体材料； 以GaN、SiC、ZnO等材料为代表，GaN: Eg=3.3 eV
收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，可以得到得
白光。
现在，对于InGaN/YAG白色LED，通过改变YAG荧光 粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温350010000K的各色白光。
LED实现白光的三种主要方式
八、LED封装技术 1、封装的作用
将普通二极管的管芯密封在封装体内，其
作用是保护芯片和完成电气互连。 对LED的封装则是实现 输入电信号、 保护芯片正常工作 输出可见光的功能
生产设备包括金属有机化合物化学气相淀积仪(Metalorganic Chemical Vapor DePosition，MOCVD) 、液相外镀炉、 光刻机、划片机、全自动固晶机、金丝球焊机、硅铝丝超声压焊
机、灌胶机、真空烘箱、芯片计数仪、芯片检测仪、倒膜机、光
色点全自动分选机等。
半导体照明课件 7 第5章 半导体发光材料体系
• 带隙宽度可随In0.5(Ga1-xAlx)P固溶体中组分x的变化而调
节，在从红光到绿光相当宽的波长范围可实现LED的超高 亮度。
半导体固溶体
1.由两种或两种以上同一类型的半导体相互溶合而组 成的，且一般是组分连续(无限)的，又称合金半导体 材料。
2.分类：按半导体类型分： 硅锗固溶体（SixGe1-x）， 各种III－V族化合物固溶体， 各种II－VI族化合物固溶体。
半导体固溶体性质
1. 带隙宽度：
对于三元系 AxB1-xC ，其能隙
E ABC g
(x)
x
EgAC
(1
x)
EgBC
bABC
x
(1
x)
其中，b 称为能隙弯曲参数（bowing parameter）
E(k) GaAs 导带
能 隙 宽 度 （ ）
eV
E(k)
GaP 导带
直接带隙
间接带隙
GaAs
组分比x
GaP
图 GaAs1-xPx能带跃迁类型因导带主能谷和子 能谷相对位置的变化而随组分变化的情况。
第二节 半导体发光材料
成为半导体发光材料的条件
1、半导体带隙宽度与可见或紫外光子能量相匹配。 (nm) 1239.5 Eg (eV)
2、只有直接带隙半导体才有较高的辐射复合概率。
成为半导体发光材料的条件
5、GaAs中的Si占据Ga或As位后形成施主或受主，因此是两性 杂质。从Ga溶液中液相外延生产GaAs时，在高温下掺Si形成 施主，在低温下掺Si形成受主，在940nm处出现发光峰。
6、 GaAs发光二极管采用普通封装结构时发光效率为4%，采
用半球形结构时发光效率可达20%以上。它们被大量应用于遥 控器和光电耦合器件。
节，在从红光到绿光相当宽的波长范围可实现LED的超高 亮度。
半导体固溶体
1.由两种或两种以上同一类型的半导体相互溶合而组 成的，且一般是组分连续(无限)的，又称合金半导体 材料。
2.分类：按半导体类型分： 硅锗固溶体（SixGe1-x）， 各种III－V族化合物固溶体， 各种II－VI族化合物固溶体。
半导体固溶体性质
1. 带隙宽度：
对于三元系 AxB1-xC ，其能隙
E ABC g
(x)
x
EgAC
(1
x)
EgBC
bABC
x
(1
x)
其中，b 称为能隙弯曲参数（bowing parameter）
E(k) GaAs 导带
能 隙 宽 度 （ ）
eV
E(k)
GaP 导带
直接带隙
间接带隙
GaAs
组分比x
GaP
图 GaAs1-xPx能带跃迁类型因导带主能谷和子 能谷相对位置的变化而随组分变化的情况。
第二节 半导体发光材料
成为半导体发光材料的条件
1、半导体带隙宽度与可见或紫外光子能量相匹配。 (nm) 1239.5 Eg (eV)
2、只有直接带隙半导体才有较高的辐射复合概率。
成为半导体发光材料的条件
5、GaAs中的Si占据Ga或As位后形成施主或受主，因此是两性 杂质。从Ga溶液中液相外延生产GaAs时，在高温下掺Si形成 施主，在低温下掺Si形成受主，在940nm处出现发光峰。
6、 GaAs发光二极管采用普通封装结构时发光效率为4%，采
用半球形结构时发光效率可达20%以上。它们被大量应用于遥 控器和光电耦合器件。
《半导体光电子学》课件
探测器性能测试
演示光电探测器的响应度、速度和线性范围 等测试方法。
实验四：光子集成回路的制备与性能测试
总结词
掌握光子集成回路的基本原理、制备工艺和性能测试方法
光子集成回路基本原理
介绍光子晶体、光波导和光子器件等基本概念。
光子集成回路制备工艺
介绍微纳加工、耦合和封装等关键工艺流程。
回路性能测试
演示光子集成回路的传输损耗、器件特性和系统性能等测试方法。
发展历程与现状
发展历程
从20世纪初的初步研究到现在的广 泛应用，经历了基础研究、技术突破 和应用拓展等阶段。
现状
随着光电子器件的快速发展，半导体 光电子学在通信、能源、医疗等领域 发挥着越来越重要的作用。
半导体光电子学的应用领域
通信领域
利用半导体光电子器件实现高 速、大容量的信息传输，如光 纤通信系统中的激光器、调制
太阳能电池
提高太阳能电池的光电转换效率和稳 定性，降低成本，推动其在可再生能 源领域的应用。
光子集成回路的研究
光子晶体
研究新型光子晶体结构和材料，实现光 子器件的小型化、集技术，制作高性能的光子器 件，推动光子集成回路的发展。
半导体光电子学的未来展望
新材料、新结构的研究
导带是电子填充的能级， 价带是空穴填充的能级， 禁带是导带和价带之间的 能量间隙。
不同类型和性质的半导体 具有不同的能带结构。
半导体的光学性质
半导体的光学性质与材料的能带结构和光学常 数有关。
光电效应是太阳能电池等光电器件工作的基础。
半导体对光的吸收、反射、折射和散射等行为 具有特定的规律。
半导体的光电效应是指光子照射在半导体表面时 ，半导体吸收光子能量并产生电子-空穴对的现 象。
半导体照明(LED)趋势ppt课件
从事蓝光LED芯片生产的基本上采取从台湾买来外延片自己加工芯 片的模式，且未量产。国产蓝光LED芯片在国内市场占有率约为5%， 产品集中在中低端，高亮度蓝光LED芯片在国内尚属空白。
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19
中国LED企业结构
我国从事LED的企业 已达到2000多家。
应用产品和配套企业占 了绝大多数，有1700多 家；
晶产能已经位居台湾首位，其中四元产能更是全球最大厂商。 广镓光电为专注于发光二极体长晶及晶粒制造的领导厂商。 华上 新世纪 光磊 璨圆 泰古
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18
第四章 中国LED产业的现状与趋势
中国于2007年6月3日制定《节能减排综合性工作方案》，半导体 照明产业顺应了节能减排的宏观政策。从2005年开始科技部批准了大 连、厦门、上海、南昌、深圳等五个半导体照明基地。之后在2007年 和2008年相继批准了石家庄、扬州等两个半导体照明产业基地，在政 策、税收和资金给予长期支持。
同方股份：2008年6月公开募集8亿人民币，主要投资于其外延片生产及芯片 制造的上游产业。然而目前仍然没有产业化，技术是制约其发展的重要瓶颈。 其子公司清芯光电提供主要的MOCVD设备生产技术，其中30%为韩国一家公 司。
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22
中国LED产业上游公司介绍
大连路美：大连路美芯片科技有限公司是由美国路美光电公司与大连路明科技集团公司共 同投资设立的中外合资企业，公司总投资1.5亿美元，占地面积10.8万平米，总建筑面积 63515平米，专业从事高品质LED半导体发光芯片和LD激光芯片的研发、生产与制造。美 国路美光电公司的前身为美国纳斯达克上市公司AXT的光电公司，技术水平处于世界前四 名。生产设备及技术均为国外进口。
芯片散热问题：尽管LED的能量转换效率高达60%，但在大功率运行 状况下，仍有高达40%左右的热能需要散去。LED散热问题始终是制 约其发展的瓶颈，由于温度的升高，会增加LED芯片的衰减度，降低 寿命，降低明亮度。
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中国LED企业结构
我国从事LED的企业 已达到2000多家。
应用产品和配套企业占 了绝大多数，有1700多 家；
晶产能已经位居台湾首位，其中四元产能更是全球最大厂商。 广镓光电为专注于发光二极体长晶及晶粒制造的领导厂商。 华上 新世纪 光磊 璨圆 泰古
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第四章 中国LED产业的现状与趋势
中国于2007年6月3日制定《节能减排综合性工作方案》，半导体 照明产业顺应了节能减排的宏观政策。从2005年开始科技部批准了大 连、厦门、上海、南昌、深圳等五个半导体照明基地。之后在2007年 和2008年相继批准了石家庄、扬州等两个半导体照明产业基地，在政 策、税收和资金给予长期支持。
同方股份：2008年6月公开募集8亿人民币，主要投资于其外延片生产及芯片 制造的上游产业。然而目前仍然没有产业化，技术是制约其发展的重要瓶颈。 其子公司清芯光电提供主要的MOCVD设备生产技术，其中30%为韩国一家公 司。
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中国LED产业上游公司介绍
大连路美：大连路美芯片科技有限公司是由美国路美光电公司与大连路明科技集团公司共 同投资设立的中外合资企业，公司总投资1.5亿美元，占地面积10.8万平米，总建筑面积 63515平米，专业从事高品质LED半导体发光芯片和LD激光芯片的研发、生产与制造。美 国路美光电公司的前身为美国纳斯达克上市公司AXT的光电公司，技术水平处于世界前四 名。生产设备及技术均为国外进口。
芯片散热问题：尽管LED的能量转换效率高达60%，但在大功率运行 状况下，仍有高达40%左右的热能需要散去。LED散热问题始终是制 约其发展的瓶颈，由于温度的升高，会增加LED芯片的衰减度，降低 寿命，降低明亮度。
半导体照明课件 4 第2章 光源
第二节 人工光源
三、人工光源的主要性能指标
5、寿命 寿命是光源的重要性能指标，通常用点燃的小时
数表示。 光源从第一次点燃到损坏熄灭为止,累计点燃的小
时数称为光源的寿命。光源的寿命有相当大的离散性， 因此常用平均寿命和有效寿命来表示光源的寿命。
三、人工光源的主要性能指标
5、寿命
a.平均寿命 取一组光源作试样，从一起点燃到50%的光源试 样损坏为止的累计点燃时间的平均值就是该组光源的 平均寿命。 b.有效寿命 光源从点燃起一直到光通量衰减到额定值的某以 百分数(一般取70%-80%)所累计点燃小时数就称为光 源的有效寿命。
投入资金50亿日元
到2007年 30%的白炽灯被 置换为半导体照明灯
31
欧盟彩虹计划
应用半导体照明实现： 高效 节能 不使用有害环境的材料 模拟自然光
韩国“固态”照明计划
2004年-2008年韩国政府计 划投入1亿美元，企业提供 30%配套资金，近期开始实 施，预计2008年LED的发光 效率达到80lm/W
四、常用的人工光源
（三）荧光灯
荧光灯
四、常用的人工光源
（三）荧光灯
4、应用 适用于进行较精细的照明，照度要求较 高或进行长时间视觉工作的场所。
光谱较连续，显色性好，故适于需要正 确识别色彩的场所，节能的场所。
光色特殊，故适合于无天然采光的空间 照明或要求环境较舒适的场所，但悬挂 不宜太高。
不宜在开关频繁的场所和环境质量恶劣 的地方使用，瞬时启动和调光的场所也 不适合。
(1879年)
年
二、人工光源的分类 人工光源按其工作原理可分为热辐射光源和气体放 电光源两大类。
人 工 光 源
第二节 人工光源
半导体照明课件 8 第6章 半导体照明光源的发展和特征参量
一、发光二极管的发展
一、发光二极管的发展
Haita在总结过去30多年来单个LED封装器 件输出光通量的进展后得到了Haita’s定律：单 个LED光通量每18-24个月翻一番。
二、LED的产品分类 按发光颜色分：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。 根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无 色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、 无色透明、有色散射和无色散射四种类型。 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。 圆形灯按直径分为φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、 φ8mm、φ10mm及φ20mm等。
中村修二于1993年在日本日亚化学工业株式会社(Nichia Corporation) 就职期间，基于GaN开发了高亮度蓝色LED，从而广为人知。当时，开 发一种蓝色LED被认为是不可能的，此前的20年间只有红色和绿色LED。
2014年10月7日赤崎勇、天野弘和中村修二因发明“高效蓝色发光二极管” 获得2014年诺贝尔物理学奖。
来用到InGaN倒装芯片上非常有效，硅取代了导热的蓝 宝石衬底，再加上金属反射效果，适合于功率LED制造。
6、透明胶质黏结型 利用旋涂式玻璃将AlGaInP外延片与透明衬底蓝宝石
黏结，然后再将GaAs衬底腐蚀移除，并在其上形成n型欧 姆接触电极，同时部分刻蚀至p型电路分布层而形成另一 个p型欧姆接触电极。两个电极位于同一方向，由于蓝宝 石透光性能极好，Led的发光效率得以大幅度提升。
二、LED的产品分类
（1）高指向性：半值角为5°～20°或更小。 2）标准型：其半值角为20°～45°。 3）大角度。
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。
2 第1章 光 视觉 颜色1——半导体照明课件PPT
状细胞工作时，波长较长的光谱如红色光显得特别明亮。
（二）明视觉、暗视觉和中间视觉
1、明视觉。
特征：锥状细胞具有较高的视觉灵敏度，能分辨物体的细节， 且在感受波长范围为380-780nm的光刺激时，对各种色光感 觉不同。因此，在明视觉状态下，正常人的眼睛都能有良好 的颜色感觉。
2、暗视觉。 在微弱的照度(视场亮度在10-6-10-2cd/m2)下，只有杆状细胞
视觉的亮度阈限与目标物发出的光的颜色有关。在相 同的视角下．对波长较长的光，例如红光、黄光，其亮度 阈限就高；对于波长较短的光，例如蓝光，则亮度阈限值 要低一些。
这是因为在暗视觉条件下，光谱光效率向短波方向 偏移的缘故。
视觉的亮度阈限与观察目标物的时间有关。目标物呈 现的时间越长，亮度阈限值就越低；呈现时间越短，亮度 阈限值就越高。
眼睛
眼睛
近视的原因：近视眼是由于晶状体变厚，焦距变 短，使成像落在视网膜之前，因此看物体模糊。 矫正近视眼采用凹透镜。远视则刚好相反。
二、视网膜
视网膜是视觉的光学过程和电生理过程的接口， 是人眼感受光的部分。其边缘部位主要分布着杆状细 胞，中央部位主要分布着锥状细胞。当光落在视网膜 上时，视细胞吸收了光能，使视细胞中含有的视紫质 分解、并刺激神经末梢，形成生物脉冲(生物电流)， 通过视神经把信息传导到大脑后部的视觉皮层，经大 脑综合处理而形成视知觉。
当视场内明暗急剧变化时，人们会因眼睛不能很快适应而视 力下降。所以在照明工程中，有些场合要考虑明暗适应的过渡 照明，以满足眼睛适应性的要求。
3．眩光
当视野内由于亮度分布或亮度不适宜，或存在着极端的亮度对
比，以致引起不舒适感觉和降低目标可见度的视觉现象，统称为眩 光。
可见度是指人眼辨认物体存在或物体形状的难易程度。
（二）明视觉、暗视觉和中间视觉
1、明视觉。
特征：锥状细胞具有较高的视觉灵敏度，能分辨物体的细节， 且在感受波长范围为380-780nm的光刺激时，对各种色光感 觉不同。因此，在明视觉状态下，正常人的眼睛都能有良好 的颜色感觉。
2、暗视觉。 在微弱的照度(视场亮度在10-6-10-2cd/m2)下，只有杆状细胞
视觉的亮度阈限与目标物发出的光的颜色有关。在相 同的视角下．对波长较长的光，例如红光、黄光，其亮度 阈限就高；对于波长较短的光，例如蓝光，则亮度阈限值 要低一些。
这是因为在暗视觉条件下，光谱光效率向短波方向 偏移的缘故。
视觉的亮度阈限与观察目标物的时间有关。目标物呈 现的时间越长，亮度阈限值就越低；呈现时间越短，亮度 阈限值就越高。
眼睛
眼睛
近视的原因：近视眼是由于晶状体变厚，焦距变 短，使成像落在视网膜之前，因此看物体模糊。 矫正近视眼采用凹透镜。远视则刚好相反。
二、视网膜
视网膜是视觉的光学过程和电生理过程的接口， 是人眼感受光的部分。其边缘部位主要分布着杆状细 胞，中央部位主要分布着锥状细胞。当光落在视网膜 上时，视细胞吸收了光能，使视细胞中含有的视紫质 分解、并刺激神经末梢，形成生物脉冲(生物电流)， 通过视神经把信息传导到大脑后部的视觉皮层，经大 脑综合处理而形成视知觉。
当视场内明暗急剧变化时，人们会因眼睛不能很快适应而视 力下降。所以在照明工程中，有些场合要考虑明暗适应的过渡 照明，以满足眼睛适应性的要求。
3．眩光
当视野内由于亮度分布或亮度不适宜，或存在着极端的亮度对
比，以致引起不舒适感觉和降低目标可见度的视觉现象，统称为眩 光。
可见度是指人眼辨认物体存在或物体形状的难易程度。
半导体照明概况ppt课件
LED的发展历史
80年代，重大技术突破，开发出AlGaAs材料 的LED，发光效率达到 10 lm/w 1990年到2001年，AlInGaP的高亮度LED成熟， 发光效率达到 40—50 lm/w 1990年基于SiC材料的蓝光LED出现，发光效 率为0.04 lm/w 90年代中期出现以蓝宝石为衬底的GaN蓝光 LED，到目前仍然为该技术
水立方景观照明
鸟巢景观照明
篔筜湖畔的LED照明
中山路商业街的LED照明
位于湖滨北路的中闽大厦
5、测试仪器和生产设备
测试仪器主要有：外延材料方面的X射线双晶衍射仪、荧 光谱仪、卢瑟福背散射沟道谱仪等；芯片、器件测试仪器方 面的 LED光电特性测试仪、光谱分析仪等。 生产设备包括金属有机化合物化学气相淀积仪(Metalorganic Chemical Vapor DePosition ，缩写MOCVD) 、液相外镀炉、 光刻机、划片机、全自动固晶机、金丝球焊机、硅铝丝超声 压焊机、灌胶机、真空烘箱、芯片计数仪、芯片检测仪、倒 膜机、光色点全自动分选机等。
第三代半导体材料 半导体照明的来临 半导体照明发展现状 未来的前景
1879年爱迪生发明白炽灯
荧光灯将电光源带入新天地
目录
固态照明概况
电光源的历史 半导体发光二极管
第三代半导体材料 半导体照明的来临 半导体照明发展现状 未来的前景
半导体照明概述
一、半导体照明
半导体照明是指用全固态发光 器件（发光二极管，即LED，是由 半导体材料制成的光电器件，可将 电能直接转换为光能）作为光源的 照明，具有高效、节能、环保、寿 命长、易维护等显著特点，是近年 来全球最具发展前景的高新技术领 域之一，是人类照明史上继白炽灯、 荧光灯之后的又一场照明光源的革 命。
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适眩光。眩光是影响照明质量的重要因素。
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1、重要照明术语
——功率因素与平均寿命
• 功率因素——电路中有用功率与实际功率 之间的比值。功率因数低，则电流中的谐
波含量越高，对电网产生污染，破坏电网 的平衡度，无功损耗增加。
• 平均寿命——也就是额定寿命，是指点亮
批量灯完好率为50%的小时数。
h
Байду номын сангаас
13
教室、保龄球、理发室等等。
4.200-300-500 简单视觉要求的作业场所。如阅览室、设
计室、打字室、橱窗、陈列室、美容、烹调、体育运动的
训练场、玻璃石器金属品的展览厅、保龄球、排球、羽毛
球、武术等的比赛场所等等h。
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3、推荐照度范围
照度范围（LX）应用场所
5.300-500-700 中等视觉要求的作业场所。体操网球篮球 比赛场、游泳跳水比赛场、绘图室、印刷机房、木材机械 加工、一般精细作业、粗加工、机床区、电修车间等等。 6.500-750-1000 较强视觉要求的作业。乒乓球、围棋、 象棋、等比赛场、金属加工厂、机电装配车间的小件装配、 精密电修车间、打字室、抛光车间等等。 7.750-1000-1500 较难视觉作业要求的场所。 8.1000-1500-2000 特殊视觉要求的作业场所。 9.2000以上 进行很精密的视觉作业。
光强(l)是指在某一特定方向角（w） 内所发射的光通量（Φ）
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6
1、重要照明术语
——照度E
• 单位：勒克司[lx]
• 照度（E）是光 通量与被照射面 积之间的比例系 数。
• 1 lx即指1 lm的光
通量平均分布在 面积lm2平面上 的明亮度。
照度E
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7
1、重要照明术语
• 单位：坎德拉/平方米[cd/m2] ——辉度L
源和被测试光源下做比较，色差越小则表明被测 光源颜色的显色性越好。
• Ra值为100的光源表示，事物在其灯光下显示出 来的颜色与在标准光源下一致。
h
10
1、重要照明术语
——灯具效率
灯具效率(也叫光输出系数) 是衡量灯具利用能量效率的重 要标准，它是灯具输出的光能 量与灯具内光源输出的光能量 之间的比例。
• 辉度（L）是表示眼睛从某一方向所看到物体反 射光的强度。
h
8
1、重要照明术语
——光效与色温
·光效——单位：流明每瓦[lm/W] 光效是指电能转换成光能的效率。
·色温——单位：开尔文[K]
当光源所发出的颜色与“黑体”在某一温度
下辐射的颜色相同时，“黑体”的温度就称为该
光源的色温。“黑体”的温度越高，光谱中蓝色
的成份则越多，而红色的成份则越少。例如，白
炽灯的光色是暖白色，其色温表示为2700K，而
日光色荧光灯的色温表示h 方法则是6000K。
9
1、重要照明术语
——显色性
• 光源对于物体颜色呈现的程度称为显色性。通常 叫做"显色指数"（Ra）.
• 显色性是指事物的真实颜色（其自身的色泽）与 某一标准光源下所显示的颜色关系。Ra值的确定， 是将DIN6169标准中定义的8种测试颜色在标准光
2.30-100-150 流通场所，短途旅程的方向定位。如电梯前
室、客房服务室、酒吧柜台、室内菜场营业厅、值班室、
邮电、游艺厅、剧场、进站大厅、问询处、诊室、商场领
道区等等
3.100-150-200 非连续使用的工作场所。办公室、接待室、
客房写字台、商店货架、柜台、小卖部、厨房、售票房、
排演厅、检票处、手术室、放射室、广播室、总机室、电
1、重要照明术语
——光束角、三基色、频闪效应亮度
• 光束角——射灯发射光的空间分布，以中心最强， 向四周逐渐减弱到中心光强50%强度的圆锥角为 光束角。
• 三基色——红、绿、蓝（稀土元素在紫外线照射 下呈现的三种颜色）。
• 频闪效应——电感式荧光灯随电压电流周期性变
化，光通量也周期性的产生强弱变化，使人产生
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17
4、照明产品分类
（1）电光源产品 包括新型普通照明灯泡、卤钨灯泡（包括单端、双端、反
端式等）、荧光灯（包括直管型、环型、紧凑型、异型等）、高 强气体放电灯（包括高压钠灯、金属卤化物灯等）、各类辐射光 源（红外紫外等）、高频无极灯、霓虹灯、LED灯、各类交通运 输及信号灯。
• 冷色光
又叫日光色，它的色温在5300K以上，光源
接近自然光，有明亮的感觉，使人精力集中。适用于办公
室、会议室、教室、绘图室、设计室、图书馆的阅览室、
展览橱窗等场所。
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15
3、推荐照度范围
照度范围（LX）应用场所
1.20-30-50 室外活动场所及工作场所。如走廊、贮藏室、
楼梯间、浴室、咖啡厅、站前广告等等。
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光线和辐射
4
1、重要照明术语
——光通量Φ
光强分布图
• 单位：流明[lm]
• 光源发射并被人的眼 睛接收的能量之总和 即为光通量（Φ）。
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5
1、重要照明术语
• 单位：坎德拉[cd]
——光强l
• 一般来讲，光线 都是向不同方向
发射的，并且强
度各异。可见光 在某一特定方向 角内所发射的强 度就叫做光强 （l）。
半导体照明讲座
主讲：罗友
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1
一、半导体照明（LED）基础
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2
1、重要照明术语
• 如其它所有科技行业一样，照明行 业也有其专业术语。这些特殊的用 语和概念可以明确定义光源和灯具 的特征，并使测量单位标准化，下 面是对其中最重要的术语的说明。
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3
1、重要照明术语
——光线和辐射
光是电磁波辐射到人 的眼睛，经视觉神经转 换为光线，即能被肉眼 看见的那部份光谱。这 类射线的波长范围在 360到830nm之间，仅 仅是电磁辐射光谱非常 小的一部份。
不舒适的感觉，称为频闪效应。
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14
2、光色的应用
• 暖色光
暖色光的色温在3300K以下，暖色光与白炽
灯相近，红光成分较多，能给人温暖、健康、舒适的感觉。
适用于家庭、住宅、宿舍、宾馆等场所或温度较低的地方。
• 冷白色光 又叫中性色，它的色温在3300K~5300K之间， 中性色由于光线柔和，使人有愉快、舒适、安详的感觉。 适用于商店、医院、办公室、饭店、餐厅、候车室等场所。
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11
1、重要照明术语
——亮度与眩光
1. 光度 ——光源在某一方向上的单位投 影面在单位立体角中反射光的数量，称为
光源在某一方向的光亮度，符号为L， L=di/ds单位为cd/㎡（坎德拉每平方米）。
2. 眩度——视野内有亮度极高的物体或
强烈的亮度对比，则可以造成视觉不舒适
称为眩光。眩光可以分为视能眩光和不舒