半导体照明技术的发展与趋势文献报告

电子技术查新训练文献综述报告

题目半导体照明技术的发展现状及趋势

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2012 年

半导体照明技术的发展现状及趋势

摘要：随着半导体照明技术的进步，对于半导体照明技术有了更高的要求。本文主要介绍了半导体照明技术的定义概念背景发展以及趋势进行了详细的报告。使得更多的人对半导体照明技术有一个系统的认知。

关键词：半导体技术评价标准照明技术LED

Semiconductor lighting technology development present situation and trends

Abstract：Along with the progress of the semiconductor lighting technology, for semiconductor lighting technology have higher requirements. This paper mainly introduces the definition of semiconductor lighting technology background and development concept trend for the detailed report. Make more people to the semiconductor lighting technology is a cognitive system

Key Words：Semiconductor technology evaluation standard LED lighting technology

1 引言

半导体照明亦称固态照明，是指用固态发光器件作为光源的照明，包括发光二极管（LED）和有机发光二极管（OLED），具有耗电量少、寿命长、色彩丰富、耐震动、可控性强等特点。 90年代以来，半导体照明技术不断突破，应用领域日益扩展。在指示、显示领域的技术基本成熟，并广泛应用；在医疗、农业等特殊领域的技术方兴未艾。近几年，半导体照明产业发展迅速，国外及我国台湾地区在不同领域具有较强优势。随着我国产业结构调整、发展方式转变进程的加快，半导体照明节能产业作为节能减排的重要措施迎来了新的发展机遇期。LED（LightingEmittingDiode）即发光二极管，是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。LED照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具。

2 主体内容部分

2.1 发展历程

LED产业的发展是和半导体技术以及照明光源技术发展紧密相关的。根据LED技术不同发展阶段，从其应用发展来看，LED产业的发展历程依次可分为大致以下几个阶段：

――指示应用阶段；

――信号、显示应用阶段；

――照明应用阶段。

1965年，全球第一款商用化发光二极管诞生

1968年，LED的研发取得了突破性进展，利用氮掺杂工艺使GaAsP器件的效率达到了1流明/瓦，并且能够发出红光、橙光和黄色光。

1971年，业界又推出了具有相同效率的GaP绿色芯片LED。

80年代早期的重大技术突破是开发出了AlGaAs LED

在1991年至2001年期间，材料技术、芯片尺寸和外形方面的进一步发展使商用化LED 的光通量提高了将近30倍。

1994年，中村修二在GaN基片上研制出了第一只蓝色发光二级管，由此人们看到了白光LED的曙光以及GaN基LED广阔的市场前景和巨大商机，也由此引发了对GaN基LED研究和开发的热潮。

从20世纪90年代中期开始，许多广告、体育和娱乐场所开始应用LED大屏幕显示。在紫外和蓝光技术上的突破使得另外一种生成白光的技术成为可能，即在单枚LED上通过蓝光激发荧光粉，生成白光，20世纪90年代后期制成了第一只这样的LED。LED作为指示应用已经成熟，作为信号、显示等方面的应用还需要进一步发展，而作为照明应用，还属于起步阶段。随着技术的不断进步，近年来白光LED的发展相当迅速，白光LED的发光效率已经达到30 lm/W，实验室研究成果甚至可以达到60 lm/W，大大超过白炽灯，而向荧光灯迫近。白光LED的应用曙光已经显现。

2.2中国的发展现状

我国LED 起步于七十年代,八十年代形成产业,九十年代已具相当规模。在90年代后期,我国超高亮度LED产业迅猛发展,经历了进口器件销售——进口管芯封装(1998年前100%进口)——进口外

延片制成管芯并封装——自主生产四个阶段。根据中国光学光电子协会光电器件分会的统计,现在全国共有LED行业的企业1000多家,从业人员超过5万人,其中技术人员超过5000人。近几年LED的发展速度超过30%, 2002年LED产量超过150亿只,产值超过80亿元；2003年LED产值超过100亿元,产量约200亿只,其中超高亮度LED有几十亿只,其中超高亮度LED的发展速度超过50%。近两年国内成立的相关企业已经引进二十多台套MOCVD设备以及配套设备,总计投资数亿元人民币,形成了与国外产品竞争国内市场的态势,我国的研究基础和企业资本已经达到了形成LED产业的阈值水平,具备了进军半导体照明产业的基矗

1)基础研究开发方面：

863计划从”八五”开始就认识到高亮度LED的迅速发展将对我国产生重大影响,在战略安排中将宽禁带半导体发光和激光器件的研制以及相应的基础材料、在线测量技术和设备、衬底材料、外延设备的研究组成一个重大研究群体。在至今已安排的项目中包括M0源的研制和生产；超纯氨的研究和生产；蓝宝石单晶和衬底的规模生产；蓝光LED；白光LED；GaN激光器探索；白光LED应用；MOCVD设备；蓝光LED外延片在线检测仪；GaN单晶和自支撑衬底材料等二十几个课题,投入4000万研究经费。很多单位对Ⅲ-Ⅴ族半导体化合物材料做了不少基础研究工作,如南京大学、华南师范大学、复旦大学、浙江大学、厦门大学、西安交大、中国电子科技集团公司第55所等单位,对AlGaInP 和GaN基的LED发展起到很大的推动作用。我国在金属有机源方面,“863”多年的支持,已经取得成效,建立了诸如江苏南大高科这样专门生产金属有机源的厂家,并已经开始生产和销售。大连的高纯氨也开始向科研和生产厂家供货。

2)国内半导体设备方面：

目前国内从事半导体设备研制生产的主要力量有：①信息产业部有几个专门从事设备研发的单位,如：48所、45所等,但受体制的约束缺乏竞争能力,目前处于仿制国外产品,处在研究阶段。②国内有些研究所(如中科院半导体研究所、中科院微电子所、清华微电子所等)针对国内市场开发了MOCVD 生长系统、ICP刻蚀机、磁控溅射设备、快速退火炉、接触式光刻机等,这些设备的研究开发人员有较好的器件工艺背景,研制的设备比较实用。③民间资本已投身于半导体仪器设备研究和市场开发。研制生产出LED后封装用研磨抛光机、晶片扩张机、压焊机、灌胶机、离膜机、LED光色电综合测试系统、LED光强分布测试仪、LED电参数测量分析仪等。但总的来说,中国半导体设备制造业的规模较小,设备的自动化程度低,升级换代的周期长,与国外先进水平相比差距还很大,设备研制开发能力大大落后于半导体器件的加工能力。MOCVD是制备氮化镓发光二极管和激光器外延片的关键设备,我国在这一领域还受制于国外。

3)外延片和芯片方面

国内外延片和芯片生产厂家均是沿用1990年代中期国外的常规结构,其发光效率受常规芯片结构