半導(dǎo)體照明技術(shù)

1、 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 第五章第五章 半導(dǎo)體發(fā)光材料體系半導(dǎo)體發(fā)光材料體系 半導(dǎo)體發(fā)光材料是發(fā)光器件的基礎(chǔ)，如果沒有砷化鎵、磷半導(dǎo)體發(fā)光材料是發(fā)光器件的基礎(chǔ)，如果沒有砷化鎵、磷 化鎵、磷砷化鎵等材料的研究進(jìn)展，發(fā)光器件也絕不可能會化鎵、磷砷化鎵等材料的研究進(jìn)展，發(fā)光器件也絕不可能會 取得今天這樣大的發(fā)展，今后器件性能的提高也很大程度取取得今天這樣大的發(fā)展，今后器件性能的提高也很大程度取 決于材料的進(jìn)展。決于材料的進(jìn)展。 成為半導(dǎo)體發(fā)光材料的條件：成為半導(dǎo)體發(fā)光材料的條件： 1 1、半導(dǎo)體帶隙寬度與可見和紫外光子能量相匹配。、半導(dǎo)體帶隙寬度與可見和紫外光子能量相匹配。 2 2

2、、只有直接帶隙半導(dǎo)體才有較高的輻射復(fù)合概率。、只有直接帶隙半導(dǎo)體才有較高的輻射復(fù)合概率。 3 3、還要求有好的晶體完整性、可以用合金方法調(diào)節(jié)帶隙、有、還要求有好的晶體完整性、可以用合金方法調(diào)節(jié)帶隙、有 可用的可用的p p型和型和n n型材料，以及可以制備能帶形狀預(yù)先設(shè)計的異型材料，以及可以制備能帶形狀預(yù)先設(shè)計的異 質(zhì)結(jié)構(gòu)和量子阱結(jié)構(gòu)。質(zhì)結(jié)構(gòu)和量子阱結(jié)構(gòu)。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 一、砷化鎵（一、砷化鎵（GaAs） 1、砷化鎵是黑灰色固體，是典型的、砷化鎵是黑灰色固體，是典型的直接躍遷型材料直接躍遷型材料，其光子，其光子 能量為能量為1.4eV左右左右，發(fā)射的，發(fā)射的波長在波長

3、在900nm左右左右，屬于近紅外區(qū)。，屬于近紅外區(qū)。 它是許多發(fā)光器件的基礎(chǔ)材料，外延生長用的襯底材料。它是許多發(fā)光器件的基礎(chǔ)材料，外延生長用的襯底材料。 2、砷化鎵、砷化鎵屬閃鋅礦結(jié)構(gòu)屬閃鋅礦結(jié)構(gòu)，是極性共價鍵結(jié)合，離子性占，是極性共價鍵結(jié)合，離子性占0.31。 砷化鎵的自然砷化鎵的自然解理面是（解理面是（110）。 礦物晶體在外力作用下嚴(yán)格沿著一定結(jié)晶方向破裂，并且礦物晶體在外力作用下嚴(yán)格沿著一定結(jié)晶方向破裂，并且 能裂出光滑平面的性質(zhì)稱為能裂出光滑平面的性質(zhì)稱為解理解理，這些平面稱為，這些平面稱為解理面解理面。 3、砷化鎵中的、砷化鎵中的缺陷缺陷主要是主要是位錯和化學(xué)計量比偏離造成的缺陷

4、位錯和化學(xué)計量比偏離造成的缺陷。 (如：空位、填隙原子、代位原子，空位特別是鎵空位對發(fā)光如：空位、填隙原子、代位原子，空位特別是鎵空位對發(fā)光 效率影響很大效率影響很大) 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 4 4、銅是砷化鎵中最有害的雜質(zhì)銅是砷化鎵中最有害的雜質(zhì)，它能參與砷化鎵晶體中所有，它能參與砷化鎵晶體中所有 的結(jié)構(gòu)缺陷和雜質(zhì)的相互作用，造成大量的有害能級。銅還是的結(jié)構(gòu)缺陷和雜質(zhì)的相互作用，造成大量的有害能級。銅還是 一種快擴(kuò)散雜質(zhì)，會造成器件性能劣化。一種快擴(kuò)散雜質(zhì)，會造成器件性能劣化。 5 5、GaAsGaAs中的中的SiSi占據(jù)占據(jù)GaGa或或AsAs位位后形成后形成施主或受主

5、施主或受主，因此是，因此是兩性兩性 雜質(zhì)雜質(zhì)。從。從GaGa溶液中液相外延生產(chǎn)溶液中液相外延生產(chǎn)GaAsGaAs時，在時，在高溫下?lián)礁邷叵聯(lián)絊iSi形成形成施施 主主，在，在低溫下?lián)降蜏叵聯(lián)絊iSi形成受主形成受主，在，在940nm940nm處出現(xiàn)發(fā)光峰。處出現(xiàn)發(fā)光峰。 6 6、砷化鎵發(fā)光二極管采用、砷化鎵發(fā)光二極管采用普通封裝普通封裝結(jié)構(gòu)時結(jié)構(gòu)時發(fā)光效率為發(fā)光效率為4%4%，采，采 用用半球形結(jié)構(gòu)半球形結(jié)構(gòu)時發(fā)光效率可達(dá)時發(fā)光效率可達(dá)20%20%以上以上。它們被大量。它們被大量應(yīng)用于遙應(yīng)用于遙 控器和光電耦合器件控器和光電耦合器件。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 二、磷化鎵二、磷

6、化鎵(GaP) 1、磷化鎵是、磷化鎵是橙紅色透明晶體橙紅色透明晶體，是典型的，是典型的間接躍遷型材料間接躍遷型材料。通過。通過 摻入不同的等電子陷阱中心，可以直接摻入不同的等電子陷阱中心，可以直接發(fā)射紅、綠等顏色發(fā)射紅、綠等顏色的光。的光。 2、磷化鎵屬閃鋅礦結(jié)構(gòu)，化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)中存在的離子性為、磷化鎵屬閃鋅礦結(jié)構(gòu)，化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)中存在的離子性為0.374， 解理面為解理面為(110)。 3、磷化鎵的、磷化鎵的缺陷缺陷，除，除位錯位錯外，外，化學(xué)計量比偏離化學(xué)計量比偏離造成的缺陷較為造成的缺陷較為 嚴(yán)重。其中主要是鎵空位，它的濃度增加時器件效率降低，特別嚴(yán)重。其中主要是鎵空位，它的濃度增加時器件效率降

7、低，特別 是影響是影響綠光器件綠光器件的效率。的效率。 4、氧是磷化鎵中的一種主要雜質(zhì)，氧是磷化鎵中的一種主要雜質(zhì)，孤立的氧在導(dǎo)帶下方孤立的氧在導(dǎo)帶下方0.8ev處處 引入一個施主能級。氧還能與鎵空位、雜質(zhì)硅等相互作用形成復(fù)引入一個施主能級。氧還能與鎵空位、雜質(zhì)硅等相互作用形成復(fù) 合體，使發(fā)光效率下降。合體，使發(fā)光效率下降。另一有害雜質(zhì)是銅另一有害雜質(zhì)是銅。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 三、磷砷化鎵三、磷砷化鎵 1、磷砷化鎵是目前應(yīng)用較為廣泛的顯示用發(fā)光材料。、磷砷化鎵是目前應(yīng)用較為廣泛的顯示用發(fā)光材料。GaAs1-xPx是是 閃鋅礦結(jié)構(gòu)，它是由直接躍遷型的砷化鎵與間接躍遷型的磷

8、化鎵組閃鋅礦結(jié)構(gòu)，它是由直接躍遷型的砷化鎵與間接躍遷型的磷化鎵組 成的成的固溶體固溶體。 注：注：固溶體固溶體是指溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格中而仍保持溶劑的晶體類型。是指溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格中而仍保持溶劑的晶體類型。 在室溫下，在室溫下，x0.45時為直接躍遷型，時為直接躍遷型，x=0.4時，發(fā)紅光，峰值時，發(fā)紅光，峰值 波長波長650nm，發(fā)光效率較高。，發(fā)光效率較高。 當(dāng)當(dāng)x0.45時，變?yōu)殚g接躍遷，效率大幅度下降。但摻入雜質(zhì)時，變?yōu)殚g接躍遷，效率大幅度下降。但摻入雜質(zhì)N 后，如同磷化鎵，發(fā)光效率大大提高。后，如同磷化鎵，發(fā)光效率大大提高。 5、摻入雜質(zhì)摻入雜質(zhì)N后，發(fā)光效率大大提高后，發(fā)光效率

9、大大提高。 6、磷化鎵的液相外延材料可制造、磷化鎵的液相外延材料可制造紅色、黃綠色、綠色紅色、黃綠色、綠色的發(fā)光二的發(fā)光二 極管，汽相外延加擴(kuò)散生長的材料，可制造黃色、黃綠色的發(fā)極管，汽相外延加擴(kuò)散生長的材料，可制造黃色、黃綠色的發(fā) 光二極管。光二極管。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 2 2、GaAsGaAs0.6 0.6P P0.40.4/GaAs /GaAs 此材料是生長在此材料是生長在(100)(100)砷化鎵襯底上的。根據(jù)實驗結(jié)果，砷化鎵襯底上的。根據(jù)實驗結(jié)果， 發(fā)光波長與組成發(fā)光波長與組成x x間符合關(guān)系式：間符合關(guān)系式： x23. 143. 110 24. 1 3 綜合

10、考慮外量子效率與綜合考慮外量子效率與x x的關(guān)系和人眼是視覺靈敏度，的關(guān)系和人眼是視覺靈敏度， 存在一個最佳的組成存在一個最佳的組成x x值值x=0.4x=0.4，得到最高的發(fā)光亮度，波長，得到最高的發(fā)光亮度，波長 為為650-660nm650-660nm。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 四、鎵鋁砷四、鎵鋁砷 1、Ga1-xAlxAs是是GaAs和和AlAs的的固溶體固溶體。當(dāng)。當(dāng)x=0.35時由直接時由直接 躍遷變成間接躍遷。躍遷變成間接躍遷。 2、鎵鋁砷的一個、鎵鋁砷的一個突出優(yōu)點是突出優(yōu)點是GaAs與與AlAs的晶格常數(shù)十分接的晶格常數(shù)十分接 近，晶格失配問題很小近，晶格失配

11、問題很小，故在砷化鎵襯底上直接生長外延層時，故在砷化鎵襯底上直接生長外延層時， 不需要向磷砷化鎵那樣需要很厚的過渡層，就能獲得很高晶體不需要向磷砷化鎵那樣需要很厚的過渡層，就能獲得很高晶體 質(zhì)量的質(zhì)量的Ga1-xAlxAs外延層。外延層。 3、鎵鋁砷體系的優(yōu)點是可用廉價的液相外延方法進(jìn)行大批量、鎵鋁砷體系的優(yōu)點是可用廉價的液相外延方法進(jìn)行大批量 生產(chǎn)。但這種技術(shù)生產(chǎn)。但這種技術(shù)不能保證充分消除氧玷污不能保證充分消除氧玷污，另一個嚴(yán)重問題，另一個嚴(yán)重問題 是是材料容易退化材料容易退化，解決方案之一是生成一層穩(wěn)定的氧化物鈍化，解決方案之一是生成一層穩(wěn)定的氧化物鈍化 層。層。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照

12、 明明 技技 術(shù)術(shù) 五、鋁鎵銦磷五、鋁鎵銦磷 1 1、(Al(Alx xGaGa1-x 1-x) )y yIn In1-y 1-yP P， ，y y約為約為0.50.5時，其晶格常數(shù)幾乎完美地與時，其晶格常數(shù)幾乎完美地與 GaAsGaAs匹配。在匹配。在GaAsGaAs上生長的高質(zhì)量上生長的高質(zhì)量(Al(Alx xGaGa1-x 1-x) )0.50.5In In0.5 0.5P P薄膜是半 薄膜是半 導(dǎo)體照明中重要的異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。導(dǎo)體照明中重要的異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。 2 2、直接帶隙到間接帶隙的轉(zhuǎn)變出現(xiàn)在、直接帶隙到間接帶隙的轉(zhuǎn)變出現(xiàn)在x=0.65x=0.65，對應(yīng)于帶隙能，對應(yīng)于帶隙能 量量2.

13、3eV2.3eV，因此能得到，因此能得到656nm656nm到到540nm540nm范圍內(nèi)的光發(fā)射。用它制范圍內(nèi)的光發(fā)射。用它制 成的發(fā)光二極管得到了可見光中最高的發(fā)光效率，在成的發(fā)光二極管得到了可見光中最高的發(fā)光效率，在614nm614nm達(dá)達(dá) 到到108lm/W108lm/W。 3 3、通常，、通常，n n型摻雜可用型摻雜可用TeTe或或SiSi作為施主作為施主而實現(xiàn)，而實現(xiàn)，p p型摻雜型摻雜的典的典 型型受主是受主是ZnZn和和MgMg。 4 4、生長這種四元化合物的成熟技術(shù)是金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀、生長這種四元化合物的成熟技術(shù)是金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀 積積(MOCVD)(MOCVD)。

14、半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 六、銦鎵氮六、銦鎵氮 1 1、銦鎵氮是、銦鎵氮是直接躍遷結(jié)構(gòu)直接躍遷結(jié)構(gòu)，帶隙寬度的整個范圍為，帶隙寬度的整個范圍為 1.95(636.6nm)-3.4(365nm)eV1.95(636.6nm)-3.4(365nm)eV，覆蓋了整個可見光譜。，覆蓋了整個可見光譜。 2 2、鋁鎵銦氮的帶隙寬度更寬，在、鋁鎵銦氮的帶隙寬度更寬，在1.95-6.2eV1.95-6.2eV之間，因此，之間，因此，GaNGaN 及有關(guān)化合物半導(dǎo)體及有關(guān)化合物半導(dǎo)體(AlGaN(AlGaN、InGaNInGaN等等) )是認(rèn)為在短波長是認(rèn)為在短波長LEDLED方方 面最有前途的

15、材料。面最有前途的材料。 3 3、AlGaInNAlGaInN材料體系的二元、三元和四元化合物在整個摩爾比材料體系的二元、三元和四元化合物在整個摩爾比 范圍內(nèi)都有直接帶隙，非常適合做成高效的發(fā)光二極管。范圍內(nèi)都有直接帶隙，非常適合做成高效的發(fā)光二極管。 AlGaInNAlGaInN材料的主要生產(chǎn)技術(shù)是材料的主要生產(chǎn)技術(shù)是MOCVDMOCVD。 4 4、AlGaInNAlGaInN中典型的中典型的n n型雜質(zhì)是型雜質(zhì)是SiSi，最適合的，最適合的p p型雜質(zhì)為型雜質(zhì)為MgMg。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 第六章第六章 半導(dǎo)體照明光源的發(fā)展和特性參量半導(dǎo)體照明光源的發(fā)展和特性參量

16、在在19991999年照明界提出了開發(fā)年照明界提出了開發(fā)2121世紀(jì)新光源的宏偉目標(biāo)，世紀(jì)新光源的宏偉目標(biāo)，主主 要目標(biāo)是：要目標(biāo)是： 1 1、研究高效、節(jié)能、新穎光源。、研究高效、節(jié)能、新穎光源。 2 2、研究照明工業(yè)新概念、新材料，防止使用有害于環(huán)境的材料。、研究照明工業(yè)新概念、新材料，防止使用有害于環(huán)境的材料。 3 3、設(shè)計模擬自然光的理想白色光源，顯色指數(shù)接近、設(shè)計模擬自然光的理想白色光源，顯色指數(shù)接近100100。 實現(xiàn)這一目標(biāo)的意義：實現(xiàn)這一目標(biāo)的意義： 1 1、減少全球照明用電量的、減少全球照明用電量的50%50%，全球節(jié)電每年達(dá)，全球節(jié)電每年達(dá)10001000億美元億美元，相，

17、相 應(yīng)的照明燈具應(yīng)的照明燈具10001000億美元億美元。 2 2、免去超過、免去超過125GW125GW的發(fā)電容量，節(jié)省開支的發(fā)電容量，節(jié)省開支500500億美元億美元。 3 3、減少二氧化碳、二氧化硫等、減少二氧化碳、二氧化硫等污染廢氣污染廢氣3.53.5萬億噸。萬億噸。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 一、發(fā)光二極管的發(fā)展一、發(fā)光二極管的發(fā)展 1962年通用電氣年通用電氣 Holonyak博士研博士研 制出磷砷化鎵。制出磷砷化鎵。 1968年年 Monsanto和和HP 公司生產(chǎn)紅色發(fā)光二極公司生產(chǎn)紅色發(fā)光二極 管管GaAs0.6P0.4/GaAs。 20世紀(jì) 世紀(jì)70年代綠色

18、、橙紅年代綠色、橙紅 色、黃色色、黃色LED面市。面市。 80年代末日本年代末日本Stanley公司采用公司采用 雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)和透明襯底技術(shù)使雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)和透明襯底技術(shù)使 單個單個5mm器件光強(qiáng)超過器件光強(qiáng)超過1cd。 90年代初年代初HP公司和東芝公司和東芝 公司研制成功公司研制成功InGaAlP， 發(fā)光效率高、顏色范圍寬發(fā)光效率高、顏色范圍寬 1993年日亞公司的中村年日亞公司的中村 修二研制出了以藍(lán)寶石為修二研制出了以藍(lán)寶石為 襯底的高亮度藍(lán)色、綠色襯底的高亮度藍(lán)色、綠色 和藍(lán)綠色和藍(lán)綠色LED。 2006.6小尺寸管芯小尺寸管芯 已獲得已獲得131lm/W的的 白光白光LED。 2008.

19、12Cree公公 司司1W功率功率LED達(dá)達(dá) 161lm/W。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 海茲在總結(jié)過去在總結(jié)過去3030多年來單個多年來單個LEDLED封裝器件輸出光通量的封裝器件輸出光通量的 進(jìn)展后得到了進(jìn)展后得到了海茲定律(Haitzlaw）：單個單個LEDLED光通量每光通量每18-2418-24 個月翻一番。個月翻一番。 二、發(fā)光二極管材料生長方法二、發(fā)光二極管材料生長方法 大多數(shù)大多數(shù)III-VIII-V族二元化合物半導(dǎo)體都能直接從熔體中生長體族二元化合物半導(dǎo)體都能直接從熔體中生長體 單晶，用這些材料，應(yīng)用擴(kuò)散、離子注入等技

20、術(shù)以形成單晶，用這些材料，應(yīng)用擴(kuò)散、離子注入等技術(shù)以形成P-NP-N結(jié)，結(jié)， 可以制成場效應(yīng)管和雙極型晶體管。也可以制造同質(zhì)結(jié)構(gòu)的便可以制成場效應(yīng)管和雙極型晶體管。也可以制造同質(zhì)結(jié)構(gòu)的便 宜的宜的LEDLED，但，但GaAsGaAs和和GaPGaP都是紅外光譜區(qū)域。發(fā)射可見光譜區(qū)域都是紅外光譜區(qū)域。發(fā)射可見光譜區(qū)域, , 很難用熔體生長單晶制成。因此高亮度很難用熔體生長單晶制成。因此高亮度LEDLED材料只能用外延技術(shù)材料只能用外延技術(shù) 生長。生長。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 1 1、氣相外延法和液相外延法、氣相外延法和液相外延法(LPE) (LPE) 氣相外延法的缺點是不夠靈

21、活，不能生長很薄的外延層氣相外延法的缺點是不夠靈活，不能生長很薄的外延層 和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。液相外延能生長較高質(zhì)量的和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。液相外延能生長較高質(zhì)量的LEDLED材料，也能生材料，也能生 長異質(zhì)結(jié)，較多地用于長異質(zhì)結(jié)，較多地用于GaPGaP和和GaAlAsGaAlAs材料生長。材料生長。 2 2、分子束外延、分子束外延(MBE)(MBE)和金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積和金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積(MOCVD)(MOCVD) 這兩種技術(shù)更先進(jìn)。他們比較靈便，可以方便地制造異這兩種技術(shù)更先進(jìn)。他們比較靈便，可以方便地制造異 質(zhì)結(jié)構(gòu)、量子阱和超晶格結(jié)構(gòu)。而質(zhì)結(jié)構(gòu)、量子阱和超晶格結(jié)構(gòu)。而MOCVDMOCVD的生

22、長速度比的生長速度比MBEMBE快快 得多，特別適合于生產(chǎn)。得多，特別適合于生產(chǎn)。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 三、高亮度發(fā)光二極管芯片結(jié)構(gòu)三、高亮度發(fā)光二極管芯片結(jié)構(gòu) 剛開始研制成的高亮度剛開始研制成的高亮度LED，都是在半導(dǎo)體激光器件中已，都是在半導(dǎo)體激光器件中已 成熟采用的雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)生長的特點是生長容易，成熟采用的雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)生長的特點是生長容易， 提高發(fā)光效率的效果明顯，它的特制雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)形成的勢壘將提高發(fā)光效率的效果明顯，它的特制雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)形成的勢壘將 注入的載流子限制在復(fù)合區(qū)內(nèi)，大大提高了發(fā)光復(fù)合效率。但注入的載流子限制在復(fù)合區(qū)內(nèi)，大大提高了發(fā)光

23、復(fù)合效率。但 為了提高發(fā)光效率，又對芯片結(jié)構(gòu)進(jìn)行了許多新的改進(jìn)，具體為了提高發(fā)光效率，又對芯片結(jié)構(gòu)進(jìn)行了許多新的改進(jìn)，具體 有以下幾種改進(jìn)結(jié)構(gòu)：有以下幾種改進(jìn)結(jié)構(gòu)： 1、單量子阱結(jié)構(gòu)；、單量子阱結(jié)構(gòu)； 2、多量子阱結(jié)構(gòu)；、多量子阱結(jié)構(gòu)； 3、分布布拉格反射結(jié)構(gòu)；、分布布拉格反射結(jié)構(gòu)； 4、透明襯底技術(shù)；、透明襯底技術(shù)； 5、鏡面襯底；、鏡面襯底； 6、透明膠質(zhì)黏結(jié)型；、透明膠質(zhì)黏結(jié)型； 7、表面紋理結(jié)構(gòu)。、表面紋理結(jié)構(gòu)。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 1 1、單量子阱結(jié)構(gòu)、單量子阱結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)是對雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，將原來雙異質(zhì)結(jié)結(jié)這種結(jié)構(gòu)是對雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，將原來雙異質(zhì)結(jié)結(jié) 構(gòu)

24、中的有源層厚度從構(gòu)中的有源層厚度從0.1-1um0.1-1um減到減到nmnm數(shù)量級，原來有源層摻雜數(shù)量級，原來有源層摻雜, , 現(xiàn)改為未摻雜。用這種結(jié)構(gòu)已制成的綠色現(xiàn)改為未摻雜。用這種結(jié)構(gòu)已制成的綠色LEDLED法向光強(qiáng)達(dá)到法向光強(qiáng)達(dá)到 12cd12cd，比雙異質(zhì)結(jié)的高，比雙異質(zhì)結(jié)的高3 3倍多。倍多。 2 2、多量子阱結(jié)構(gòu)、多量子阱結(jié)構(gòu) 采用采用InIn0.22 0.22Ga Ga0.78 0.78N/In N/In0.06 0.06Ga Ga0.94 0.94N N的薄層交替結(jié)構(gòu)，曾制作阱寬 的薄層交替結(jié)構(gòu)，曾制作阱寬 和勢壘寬相同而分別為和勢壘寬相同而分別為10nm10nm和和3nm3

25、nm的兩種結(jié)構(gòu)，周期數(shù)為的兩種結(jié)構(gòu)，周期數(shù)為2020。這。這 種結(jié)構(gòu)在種結(jié)構(gòu)在AlGaInP LEDAlGaInP LED中用得比較多。阱寬可以是中用得比較多。阱寬可以是3nm3nm到到10nm10nm不不 等。勢壘寬也可以與阱寬不同，而阱數(shù)可以從等。勢壘寬也可以與阱寬不同，而阱數(shù)可以從3 3增加到增加到4040，明顯，明顯 提高了效率。提高了效率。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 3、分布布拉格反射結(jié)構(gòu)、分布布拉格反射結(jié)構(gòu) 采用分布布拉格反射結(jié)構(gòu)可以將射向襯底的那部分光由采用分布布拉格反射結(jié)構(gòu)可以將射向襯底的那部分光由 分布布拉格發(fā)射鏡發(fā)射出來，大大減少襯底吸收。分布布拉格發(fā)射鏡發(fā)

26、射出來，大大減少襯底吸收。 4 4、透明襯底技術(shù)、透明襯底技術(shù) 在在AlGaInPAlGaInP外延片面上最后用氣相外延方法再生長一層外延片面上最后用氣相外延方法再生長一層 厚厚5050m m左右左右的透明的的透明的P P型型GaPGaP層。然后將砷化鎵襯底腐蝕移層。然后將砷化鎵襯底腐蝕移 除，可提高光輸出除，可提高光輸出2 2倍以上。倍以上。 5 5、鏡面襯底、鏡面襯底 利用芯片融合技術(shù)以形成鏡面襯底。這種方法后來用利用芯片融合技術(shù)以形成鏡面襯底。這種方法后來用 到到InGaNInGaN倒裝芯片上非常有效，硅取代了導(dǎo)熱的藍(lán)寶石襯底，倒裝芯片上非常有效，硅取代了導(dǎo)熱的藍(lán)寶石襯底， 再加上金屬反

27、射效果，適合于功率再加上金屬反射效果，適合于功率LEDLED制造。制造。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 6 6、透明膠質(zhì)黏結(jié)型、透明膠質(zhì)黏結(jié)型 利用旋涂式玻璃將利用旋涂式玻璃將AlGaInPAlGaInP外延片與透明襯底藍(lán)寶石黏結(jié)，外延片與透明襯底藍(lán)寶石黏結(jié)， 然后再將然后再將GaAsGaAs襯底腐蝕移除，并在其上形成襯底腐蝕移除，并在其上形成n n型歐姆接觸電極，型歐姆接觸電極， 同時部分刻蝕至同時部分刻蝕至p p型電路分布層而形成另一個型電路分布層而形成另一個p p型歐姆接觸電極。型歐姆接觸電極。 兩個電極位于同一方向，由于藍(lán)寶石透光性能極好，兩個電極位于同一方向，由于藍(lán)寶石透

28、光性能極好，LEDLED的發(fā)光的發(fā)光 效率得以大幅度提升。效率得以大幅度提升。 7、表面紋理結(jié)構(gòu)、表面紋理結(jié)構(gòu) 將芯片窗口層表面腐蝕成能夠提高出光效率的紋理結(jié)構(gòu)，將芯片窗口層表面腐蝕成能夠提高出光效率的紋理結(jié)構(gòu)， 其基本單元為具有斜面的三角形結(jié)構(gòu)，可大大減少全反射，增其基本單元為具有斜面的三角形結(jié)構(gòu)，可大大減少全反射，增 加光輸出。加光輸出。加上分布布拉格發(fā)射結(jié)構(gòu)，其效率可達(dá)到常規(guī)器件加上分布布拉格發(fā)射結(jié)構(gòu)，其效率可達(dá)到常規(guī)器件 的的2倍。此方法工藝簡單，效果明顯，值得大力推廣。倍。此方法工藝簡單，效果明顯，值得大力推廣。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 四、照明用四、照明用LED的

29、特征參數(shù)和要求的特征參數(shù)和要求 1、光通量、光通量(lm) 光通量是根據(jù)人眼對光的感覺來評價光源在單位時間內(nèi)光光通量是根據(jù)人眼對光的感覺來評價光源在單位時間內(nèi)光 輻射能量的大小，是表明光源發(fā)光能力的基本量。輻射能量的大小，是表明光源發(fā)光能力的基本量。 2、發(fā)光效率（、發(fā)光效率（lm/W） 從節(jié)能角度看，發(fā)光效率是一個衡量電光源質(zhì)量高低的最重要從節(jié)能角度看，發(fā)光效率是一個衡量電光源質(zhì)量高低的最重要 參量。參量。白光白光LED的發(fā)光效率目標(biāo)是到的發(fā)光效率目標(biāo)是到2020年達(dá)到年達(dá)到200lm/W， 2002年只有年只有25lm/W30lm/W，而到，而到2008年已達(dá)到年已達(dá)到100lm/W。 半

30、半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 3、顯色指數(shù)、顯色指數(shù)(Ra) 光源發(fā)射的光對被照射物顏色正確反映的量稱為光源發(fā)射的光對被照射物顏色正確反映的量稱為顯色指數(shù)顯色指數(shù)。 不同的環(huán)境對照明光源的顯色指數(shù)不同的環(huán)境對照明光源的顯色指數(shù)Ra有不同的要求。有不同的要求。在傳在傳 統(tǒng)光源中，發(fā)光效率和顯色性始終是個矛盾，統(tǒng)光源中，發(fā)光效率和顯色性始終是個矛盾，顯色性好的光源顯色性好的光源 發(fā)光效率極低，且長期無進(jìn)展；而發(fā)光效率高的傳統(tǒng)光源又往發(fā)光效率極低，且長期無進(jìn)展；而發(fā)光效率高的傳統(tǒng)光源又往 往顯色性很差。往顯色性很差。 LED光源的優(yōu)點是既可將發(fā)光效率提高，又可同時提高顯光源的優(yōu)點是既可將發(fā)

31、光效率提高，又可同時提高顯 色性。色性。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 4、色溫、色溫 色溫的特性可以用色坐標(biāo)（色溫的特性可以用色坐標(biāo)（X、Y）來量化，根據(jù)）來量化，根據(jù)X、Y值值 可以得出色溫或相關(guān)色溫。如混合可以得出色溫或相關(guān)色溫。如混合485nm(藍(lán)光藍(lán)光)和和583nm (橙橙 黃光黃光)，可得到色溫大約為，可得到色溫大約為4000K的白色光。對于三色白光源的白色光。對于三色白光源 來說，可以調(diào)節(jié)三色的成分來控制光源的色溫。目前通過調(diào)來說，可以調(diào)節(jié)三色的成分來控制光源的色溫。目前通過調(diào) 節(jié)節(jié)LED或熒光粉的波長和帶寬以及相應(yīng)成分可以得到從低到或熒光粉的波長和帶寬以及相應(yīng)成分可以得到從低到 高色溫區(qū)的所用白光。所以對于半導(dǎo)