[信息与通信]LED发光原理与芯片制造.ppt

* * 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 报告的主要内容： 发光二极管Light-Emitting Diode 是由数层很薄的掺杂半导体材料制成。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。 发光效率 lm/w 12.5 55 发光二极管的发展 50 GaInN 蓝、绿 90年代 100 GaAlInP 红、黄 90年代初 1 GaP 绿 1971 10 AlGaAs 红 80年代 200 GaN 蓝 90年代 1 GaAsP 橙、黄 1968 0.1 Ge 红 1965 发光效率lm/w 材料 发光颜色 年代 LED的发展，芯片的发展 可见光LED的发展史 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3~5mm 响应速度快，并可以耐各种恶劣条件 低电压、小电流 LED的优点 發光二極體產業結構 相關廠商 Substrate LPE VPE MOVPE 單晶材料--GaAs, GaP 磊晶片--GaAs, AlGaAs, GaAsP, AlGaInP 製造設備--LPE, VPE, MOVPE 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,聯創,路明,.. 上游材料 Diffusion Photolithography Metallization Dicing *發光二極體晶粒 *光二極體晶粒 *光電晶體晶粒 中游製程 晶 粒 Die-Mount Wire-Bond Encap Final Test 下游封裝 LED Lamp SMD LED Chip LED IRLED Back Light Light Source Cluster Lamp Clock Display Dot Matrix 7-Segment Numeric Display Photocoupler 產 品 光寶 億光 興華 今台 佰鴻 先益 光鼎 李洲 立基 琭旦 华郎 伊莱 三永 茂纶 …… 日本: Nichia, Toyota Gosei 美国: Lumileds, Cree 欧洲: Osram 台湾:晶元,光磊,元砷,廣鎵,華上,燦圓,… 大陆: 三安,聯創,路明,.. 能源问题已成为当今人类社会的热门话题，节约能源与环保问 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。 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。 LED芯片的发光原理 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。 P-AIxGa1-xAs N-AIyGa1-yAs P- GaAs 光输出 双异质结半导体发光二极管的结构示意图 反型异质结 同型异质结 理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽 度Ｅg有关， 即λ≈1240/Eg（mm） 式中E