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1、LED 发光原理与芯片制造.txt 有谁会对着自己的裤裆傻笑。不敢跟他说话 却一遍一遍打开他的资料又关上。用了心旳感情，真旳能让人懂得很多事。如果有一天,我的签名不再频繁更新,那便证明我过的很好。 本文由 luckyzcy1985 贡献pdf 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。From:LED 的發光原理與芯片製造報告者： LED 的发展，特别是芯片的发展 LED 芯片的结构与发光原理 LED 芯片的制造过程 LED 的封装与应用 未来的展望 LED 的发展，芯片的发展发光二极管 Light-Emitting Diode 是由数层很薄的掺杂半导
2、体 材料制成。当通过正向电流时，n 区电子获得能量越过 PN 结的 禁带与 p 区的空穴复合以光的形式释放出能量。 发光二极管的发展年代 1965 1968 1971 80 年代 90 年代初 发光颜色 红 橙、黄 绿 红 红、黄 蓝、绿 蓝 材料 Ge 发光效率 lm/w 0.1 1 1发光效率 lm/wGaAsP GaP AlGaAs GaAlInP GaInNGaN10 100 50 20012.5 5590 年代90 年代 LED 的发展史 LED 的优点发光效率高，节省能源耗电量为同等亮度白炽灯的 10%-20%，荧光灯的 1/2。绿色环保冷光源，不易破碎，没有电磁干扰，产生废物少寿
3、命长寿命可达 10 万小时固体光源、体积小、重量轻、方向性好单个单元尺寸只有 35mm响应速度快，并可以耐各种恶劣条件 低电压、小电流 上 游 材 中 游 製 程 下 游 封 裝Substrate LPE VPE MOVPE單晶材-GaAs, GaP 晶片-GaAs, AlGaAs, GaAsP, AlGaInP 製造設備-LPE, VPE, MOVPE 晶 日本: Nichia, Toyota Gosei（丰田合 成） 美国: Lumileds, Cree 欧洲: Osram 台湾:晶元,元砷,廣鎵,華上 大陆: 三安,創,明,.Diffusion Photolithography Meta
4、llization Dicing Die-Mount Wire-Bond Encap Final Test 品 產*發光二極體晶 *光二極體晶 *光電晶體晶日本: Nichia, Toyota Gosei 美国: Lumileds, Cree 欧洲: Osram 台湾:晶元,光,元砷,廣鎵,華上,燦圓, 大陆: 三安,創,明,.LED Lamp SMD LED Chip LED IRLED Back Light Light SourceCluster Lamp Clock Display Dot Matrix 7-Segment Numeric Display Photocoupler光寶 億
5、光 興華 今台 佰鴻 先益 光鼎 洲 基 琭旦 华郎 伊莱 三永 茂纶 题日趋提上议程。节能应成为各国的城市照明建设需要考虑的重 要问题之一，目前约有 21%的电源用于照明，如果能在固体照明 领域节省一半的能源，则会对人类的节约能源作出巨大的贡献。 20 世纪中叶出现在市场上的第一批 LED 产品，经过 50 多年的发 展历程，在技术上已经取得了长足的进步。现在，LED 的平均发 光效率已达到了 70lm/W（流明/瓦特） ，其光强已达到了烛光级， 辐射光的颜色形成了包含白光的多元化色彩，并且寿命可达到数 万小时。特别是在最近几年，LED 的产品质量提高了近 10 倍，而 制造成本已下降到早
6、期的十分之一。这种趋势还在进一步的发展 之中，从而使 LED 成为信息光电子新兴产业中极具影响力的新产 品。世界各个国家均积极参与研发工作。 芯片的发光原理 From:光子与电子基本上具有三种交互方式：吸收，自发放射及激发放射。 原子的两能级 E1和 E2，E1 代表基态，E2 代表第一激发态。 在 E1 基态的原子吸收光子后跃迁至激发态 E2，此能态的改变为吸收； 激发态原子非常不稳定，经过很短的时间，不需任何外力下会跳回基态而释放 出光子，此程序为自发放射； 当光子照射在激发态原子上，该原子被激发跃回基态而放出与照射原子同相释 放光子，此程序称为激发放射。 N-AIyGa1-yAs P-
7、 GaAs反型异质结 同型异质结P-AIxGa1-xAs双异质结半导体发光二极管的结构示意图LED 在内部结构上有和半导体二极管相似的 P 区和 N 区，相交界面形成 PN 结。 LED 的电流大小是由加在二极管两端的电压大小来控制的。 LED 是利用正向偏置 PN 结中电子与空穴的辐射复合发光的，是自发辐射发光， 发射的是非相干光。 理论和实践证明，光的峰值波长 与发光区域的半导体材料禁带宽 度g 有关， 即 1240/Eg（mm） 式中 Eg 的单位为电子伏特（eV） 。若能产生可见光（波长在 380nm 紫光780nm 红光） ，半导体材料的Eg 应在 3.261.63eV 之间。比红光
8、波长长的光为红外光。 现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管。 PN 结的电性质 可光 LED波長 450780nm高 短波長紅外光可光 光波長 8501550nm 長波長紅外光 由图可知，这些材料的发光范围由红光到紫外线。 照明领域使用的 LED 有两大类，一类是磷化铝、磷化镓和磷化铟的合金（AlGaInP 或 AlInGaP） ，可以做成红色、橙色和黄色的 LED；另一类是氮化铟和氮化镓的合金 （InGaN）,可以做成绿色、蓝色和白色的 LED。发光材料大部分是-族。 GaN-InN-AlN、GaAs、InP、InAs 及 GaAs 等 图（b）是间接带隙材料，包括 Si、Ge、AlA
9、s 及 AlSb 等 目前发光二极管用的都是直接带隙的材料。 色度图White BlueB = Blue (InGaN) B = Blue (GaN) 470nm 466nm0,9W = White (GaN)(x=0.32/y=0.31)YellowY = Yellow (InGaAlP) 587nmW = White (InGaN) (x=0.32/y=0.31)Colour triangleOrangeO = Orange (InGaAlP) 605nmGreenV= Verde-Green (InGaN) 505nm T= True Green (InGaN) P = Pure Gre
10、en (GaP) G = Green (GaP:N) 525nm0,8sgreen yellow red 0,70,6AmberA = Amber (InGaAlP) 615nm0,50,4560nm 570nm0,3white blue0 0,1 0,2 0,3 0,4RedS = Super-Red (InGaAlP) 630nm H = Hyper-Red (GaAlAs) 645nm0,20,10 0,5 0,6 0,7 0, 采用量子阱活性层就可以增加发光效率 用光子循环的方法增加内部量子效率 电流扩散层：降低串联电阻，使加于 LED 上的电流扩散开 电流局限层 ：使电流流不到在电接
11、触区下的量子阱区，防止只在电极附近发光。 透明衬低或反射镜 ：分布式布拉格反射镜（DBR ） 芯片的外部结构： 半圆形球面 ：一般的平面 LED 光因临界角被限制不易射出，所以采用半圆形球面，使光不受临界角的限制射出。 表面织状结构或粗糙面：增加光输出 几何形状改变的结构：增加光输出 衬低上有高反射镜 ：全方向高反射率反光镜 LED（ODR: Omnidirectional Reflector） 。在同一窗口层厚度时，ODR LED 的光取出效率比 DBR LED 要高很 多。 LED 结构图当 LED 的发光区厚度 d 小于电子或者空穴之物质波长 时，能带开 始不再是连续，而形成量化的能级，
12、可提高电子和空穴结合机会， 提高量子效率。而且能级量化，能隙变大，发光波长往短波长移 动，发光时接近间接能隙而降低量子效率的困扰。From:台湾工研院光电所用 ITO 层制作的微电流散布层 厚的窗口层可以增加电流的均匀分布，但厚的窗口层不易制作而且价格 昂贵。增加一层电流扩散层，可降低串联电阻，使加于LED 上的电流扩散开， 提高发光效率。以前很多采用 Ni /Au 层的，现在主要使用 ITO 层。 N 局限层在 P 电接触区减少不发光区电流的分布以增加效率一般电流局限层（CBL）都是间接做在 P 极下，CBL 层很多用 SiO2 做成，其目的是使电流流不到在电接触区下的量子阱区，防 止只在电极附近发光。 From:半圆形球面封装 LED LED （ODR: Omnidirectional Reflector） 。 同一窗口层厚度时，ODR LED 的光 取出效率比 DBR LED 要高很多。多方向高反射率反射镜 LED 结构在金属与半导体之间有 SiO2 加上 许多小杆壮电接触，全部约占 1%多方向高反射率反射镜的结构 LED 不同结构不同的光取出 1993 年首创的蓝光 LED 芯片结构www.wikisemi.c
