半导体发光二极管讲义
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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
3、决定LED强度因素
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
hv p
n
4、提高LED性能途径
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。
http://www.shdanse.com/
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
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）
半导体发光二极管
South China Normal University
1、发光二极管定义和应用
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
提高复合几率（內量子效率）:量子阱结构
提高出光效率
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。
结或量子阱结构
（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
n-GaN:Si 未掺杂GaN 缓冲层 蓝宝石
金属电极
工序：
外延片
光刻、刻蚀、镀膜、合金、
划片（切割）、裂片、分选
光刻
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、
有机源
生长参数：
NH3
温度、气压、原材料、
光学探头
流量、 掺杂剂量
尾气 管
冷却 水
尾气管
热电 GaN-MOCVD反应室管偶
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
刻蚀
合金
芯片分选设备
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。
光刻、刻蚀
镀膜 光刻、刻蚀 合金 镀膜 光刻、刻蚀
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
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
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
6、LED制备流程
外延片生长
芯片制备
http://www.sh-rainbow.com.cn/
Biblioteka Baidu
封装
p型电极
n型电极
（1）外延片生长：
金属有机气相沉积
metal organnic chemical vapor deposition（MOCVD）
(CH3)3Ga + NH3
H2 GaN + 3CH4
流明效率已经超过日光灯（80lm/W)
汽车灯
草坪灯
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。
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= hυ
υ：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）
成本高,高档场所应用
3、决定LED强度因素
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
hv p
n
4、提高LED性能途径
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。
http://www.shdanse.com/
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
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）
半导体发光二极管
South China Normal University
1、发光二极管定义和应用
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
提高复合几率（內量子效率）:量子阱结构
提高出光效率
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。
结或量子阱结构
（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
n-GaN:Si 未掺杂GaN 缓冲层 蓝宝石
金属电极
工序：
外延片
光刻、刻蚀、镀膜、合金、
划片（切割）、裂片、分选
光刻
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、
有机源
生长参数：
NH3
温度、气压、原材料、
光学探头
流量、 掺杂剂量
尾气 管
冷却 水
尾气管
热电 GaN-MOCVD反应室管偶
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
刻蚀
合金
芯片分选设备
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。
光刻、刻蚀
镀膜 光刻、刻蚀 合金 镀膜 光刻、刻蚀
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
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
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
6、LED制备流程
外延片生长
芯片制备
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Biblioteka Baidu
封装
p型电极
n型电极
（1）外延片生长：
金属有机气相沉积
metal organnic chemical vapor deposition（MOCVD）
(CH3)3Ga + NH3
H2 GaN + 3CH4
流明效率已经超过日光灯（80lm/W)
汽车灯
草坪灯
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。
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= hυ
υ：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）