半导体照明技术学习考试资料

1. GaP绿色LED的发光机理是什么，当氮掺杂浓度增加时，光谱有什么变化，为什么？GaP红色LED的发光机理是什么，发光峰值波长是多少？答：GaP绿色LED的发光机理是在GaP间接跃迁型半导体中掺入等电子陷阱杂质N，代替P原子的N原子可以俘获电子，又靠该电子的电荷俘获空穴，形成束缚激子，激子复合发光。当氮掺杂浓度增加时，总光通量增加，主波长向长波移动，这是因为此时有大量的氮对形成新的等电子陷阱，氮对束缚激子发光峰增加，且向长波移动。

GaP红色LED的发光机理是在GaP晶体中掺入ZnO对等电子陷阱，其发光峰值波长为700nm的红光。

2. 液相外延生长的原理是什么？一般分为哪两种方法，这两种方法

的区别在哪里？

答：液相外延生长过程的基础是在液体溶剂中溶质的溶解度随温度

降低而减少，而且冷却与单晶相接触的初始饱和溶液时能够引起外

延沉积，在衬底上生长一个薄的外延层。

液相外延生长一般分为降温法和温度梯度法两种。降温法的瞬态生

长中，溶液与衬底组成的体系在均处于同一温度，并一同降温（在

衬底与溶液接触时的时间和温度上，以及接触后是继续降温还是保

持温度上，不同的技术有不同的处理）。而温度梯度法则是当体系

达到稳定状态后，整个体系的温度再不改变，而是在溶液表面和溶

液－衬底界面间建立稳定的温度梯度和浓度梯度。

3. 为何AlGaInP材料不能使用通常的气相外延和液相外延技术来制造？答：在尝试用液相外延生长AlGaInP时，由于AlP和InP的热力学稳定性的不同，液相外延的组分控制很困难。而当使用氢化物或氯化物气相外延时，会形成稳定的AlCl化合物，会在气相外延时阻碍含Al磷化物的成功生长。故AlGaInP材料不能用通常的气相外延和液相外延技术来制造。

4. 对三基色体系的白光LED，列出基色光源的三个最佳峰值波长。对荧光转换的白光LED和多芯片的白光LED，这三基色用什么方法来实现？答：三基色体系的白光LED，基色光源的三个最佳峰值波长分别为450nm、540nm和610nm。对荧光转换的白光LED，是用部分被吸收的AlInGaN 芯片的蓝光和适当的绿光和橙红光两种荧光粉来实现。对多芯片白光LED，是用峰值波长600nm附近的AlGaInP基LED，以及峰值波长450nm 和540nm的AlInGaN LED组成。

5. 简要说明LED封装技术发展三个阶段的时间范围、典型LED及其驱动电流、器件应用领域。

答：LED封装技术发展的3个阶段分别为：

（1）1962~1989年期间，典型的LED为ø3和ø5的LED，驱动电流一般小于等于20mA，主要用做信号指示和显示。

（2）1990~1999年，发展了大光通量LED食人鱼和Snap，驱动电流在50~150mA，主要用于大型信号指示，如汽车信号灯、景观照明。

（3）2000年至今，研发和生产了功率型LED，电流≥350mA，开始用于照明，并开始了更大光通量输出的组件的研制和生产。

6. 画出透明衬底的AlGaInP LED的结构示意图，简要说明其芯片制造流程。

答：结构示意图如下图所示。

此LED结构用的是MOCVD生长在GaAs上的双异质结(AlxGa1-x)0.5In0.5P，并在结构上方VPE生长一个小于50μm厚的GaP 窗层。在外延生长后，用通常的化学腐蚀技术移除GaAs吸收衬底，使双异质结结构的N型层暴露，再通过升高温度和加压，将晶片黏结到200~250μm厚的N型GaP衬底上。1. 画出典型的具有GaP窗层和吸收衬底的双异质结AlGaInP

LED的结构示意图，简述为什么需要使用电流扩展窗层。

答：结构示意图如下图所示。

为了使LED芯片获得高效的发光，电流扩展是主要关键之一，如

上图的结构，器件的上方覆盖了圆形的金属顶，电流从芯片的顶部

接触通过P型层流下到达结区，在结区发光。但是假如P型层的电

阻太高，电流将扩展很少，而仅仅限在金属之下，光仅仅发生在电极

之下，而且被芯片内部吸收。有效的最好性能的AlGaInP LED是在

通常的双异质结顶部再生长一个厚的P型窗层，而不用AlGaInP材

料。这个电流扩展窗层与AlGaInP相比，具有高的薄层电导率，而

且对发射光是透明的，可以达到很好的电流扩展效果。

4.LED作为城市景观照明中的首选光源的优点：①色彩丰富纯度高、节能②响应时间短，瞬时达到全光输出，可深度调光③体积小、方向

性强④直流低压驱动，简化系统设计，降低电路成本⑤寿命长，工作

安全可靠，维护费用大大降低。景观常用LED灯具有护栏灯、树灯

5. LED的电学性能特点：LED是单向导电器件。LED是个具有PN结结构的半导体器件，具有势垒电势，所以就有导通阈值电压。LED的电流—电压特性是非线性的。LED的正向压降与PN结结温的温度系数为负。流过LED的电流和LED的光通量的比值也是非线性的。

6. 电源驱动方案：（1）低电压驱动。是指用低于LED正向导通压降的电压驱动LED，如一节普通干电池、镍镉电池供电的低功耗照明器件，LED 手电、头灯、应急灯、路障灯、节能台灯等，采用电荷泵式升压变换器（2）过渡电压驱动。是指给LED供电的电源电压值在LED正向压降附近变动。如一节锂电池或两节串联的铅酸蓄电池，电池充满时在4V以上，快用完时在3V以下，应用有矿灯等，是反极性电荷泵式变换器（3）高压驱动。是指给LED供电的电压值高于LED的正向压降，如6V.12V.24V蓄电池，应用有太阳能草坪灯、太阳能庭院灯等，变换器电路是串联开关降压电路。（4）市电驱动。是对半导体照明应用最具有价值的供电方式，中小功率LED采用隔离式单端反激变换器，大功率用桥式变换电路。

7.可靠性试验指：产品在规定的条件下、在规定的时间内完成规定的功能的能力。产品在设计、应用过程中，不断经受自身及外界气候环境及机械环境的影响，而仍需要能够正常工作，这就需要以试验设备对其进行验证，按试验目的可分为筛选试验、例行试验、鉴定验收试验；按照试验项目可分为环境试验和寿命试验。

8. （1）平均寿命：指一批电子器件产品寿命的平均值（2）可靠寿命：指一批电子器件产品的可靠度下降到时，所经历的工作时间（3）中位寿命：指产品的可靠度降为50%时的寿命（4）特征寿命：指产品的可靠度降为1/e时的寿命（5）LED的寿命：通常用“半衰期”即器件的光输出下降到起始值50%时的时间作为LED的寿命。

用B50和L70来表示功率LED的寿命。L70（B50）表示功率LED比起初始值来，平均流明值下降到维持70%（50%）的时间。

9. 画出器件失效率随时间变化的曲线，说明曲线的各个阶段及其失

效原因。

答：曲线如图分为三个阶段：

第一个阶段称为早期失效或

老化阶段，失效率较高，随工作时间的延长而迅速下降。造成早期

失效的原因大多属生产型缺陷，由产品本身存在的缺陷所致。

第二个阶段为有效寿命阶段，又称随机失效阶段，失效率很低且

很稳定，近似为常数，器件失效往往带有偶然性。

第三个阶段称耗损失效阶段，失效率明显上升，大部分器件相继出现

失效，耗损失效都由于老化、磨损和疲劳等原因使器件性能恶化所致。

10. 伏安特性指流过PN结的电流随电压变化的特性，应将正、反向均包括在内。（1）反向击穿电压Vb：表示器件反向耐压高低的参数，通常是指一定漏电流下器件两端的反向电压值（2）反向电流Ir：给定反向电压下流过器件的反向电流值（3）正向电压Vf：指定正向电流下器件两端的正向电压值。作用：标志着结的体电阻及欧姆接触串联电阻的高低，可在一定程度上反应电极制作的好坏

12. 热管是依靠自身内部工质液相和气体二相变化来实现传热的导热元件，它是由高纯度的无氧铜管及铜丝网或铜粉烧结物组成，内充液体为工作介质。当受热端将工作液相蒸发成气相，气流经过中空管道流到冷却端，冷却后将工作流体凝结成液相，冷凝液借助于铜丝网或铜粉烧结物的毛细组织吸回受热端，完成吸热-放热循环，可在一定温差下将热量传导出。具有重量轻、结构简单、热传输量大、耐用寿命长、导热能力强等优点。回路热管比单管热管效率更高且不受位置影响。