第一章固体照明概述资料.pptx

LED发光器件

谭永胜

绍兴文理学院微电子学实验室实验室：综合实验楼B1207

Tel：（651833）E-mail：tanysh@usx.edu.cn;

参考书

.《固体照明导论》茹考斯卡斯等著，黄世

华译化学工业出版社

.《半导体物理学》教材第9、10两章

.《现代半导体发光及激光二极管材料技术-

进阶篇》史光国全华科技图书有限公司

.《白光发光二极管制作技术》刘如熹主编．全华科技图书有限公司印．1991;

LED的光取出原理及各种改进方法;

基本考虑及各种制备方法

.第七章荧光粉、LED封装与散热;

要求和考试

.预修课程：半导体物理、半导体器件物理、

集成电路工艺原理

.作业+平时考勤=总成绩的20%

.考试方式：闭卷考试;

第一章固体照明概述

.照明技术的变迁

.LED基本原理

.照明技术基本参数;

传统白炽灯的光效极低;

500K钨丝没有可见光。

1000K时才产生波长600nm以

上的红光。;

即使是可见光，人眼感觉的亮度差别也很大。;

30年代，荧光灯将电光源带入新天地;

高压放电灯光谱;

LED:第四代照明技术;

发出红光、橙光和黄光

.1971年出现GaP材料的绿光LED，发光效 率也达到1lm/w;

LED的发展历史

.80年代，重大技术突破，开发出AlGaAs材

料的LED，发光效率达到10lm/w

.1990年到2001年，AlInGaP的高亮度

LED成熟，发光效率达到40—50lm/w

.1990年基于SiC材料的蓝光LED出现，发

光效率为0.04lm/w

.90年代中期出现以蓝宝石为衬底的GaN蓝

光LED，到目前仍然为该技术;

方大集团于2001年9月在国内第一个生产出GaN基LED外延片;

常用电光源发光效率对比;

白光LED的价位目标;

.根据Haitz定律，LED亮度约每18-24个月可提升一倍，而在往后的10年内，预计亮度可以再提升20倍，而成本将降至现

有的1/10;

世界上有关国家白炽灯的禁用时间表;

.LED晶片，在蓝

宝石、SiC或硅衬底上外延生长。;

.典型的LED晶片示意图及物理参数;

产品特性;

.通过封装将LED晶片制成各种芯片、光源。;

各种LED灯具产品;;

第一章固体照明概述

.照明技术的变迁

.LED基本原理

.照明技术基??参数;

.LED发光是半导体pn结的注入发光，而半

导体发光的本质是电子与空穴的辐射复合。

(a)辐射复合（b)非辐射复合;

.对于本征半导体，其发光特性取决于材料;

有杂质能级参与的辐射跃迁;

.通过在间接带隙半导体中引入某些杂质能级，形成发光中心，能有效提高其辐射效率。;

.PN结正向偏压下，注入的载流子在结区复;

.LED的发光效率ηR：光输出功率与光输入功率之比。Pout=Pin×ηR

ηR=ηext×ηv

.其中，外部量子效率ηext，是输出光子数与电子空穴对的注入数之比，ηv为电压效率。

ηext=ηint×Cex

.内部量子效率ηint，是产生光子数与电子空穴对的注入数之比。

.Cex为光取出效率，是产生的光子输出到芯片外的效率。

.故ηR=ηint×Cex×ηv，即要提高LED的发光效

率，得同时提高其内部量子效率、光取出效率和电压效率。;

.ηv=hf/qV

.实际LED为提高电压效率需要重掺杂，以减少电阻、阈值电压和临界电流。

.ηint取决于辐射复合与总复合的比率，重掺杂使发光中心浓度远大于无辐射复合中心浓度。;

.LED的I-V特性曲线可反映其阈值电压，临界电流，功率等参数，借助光学测试可反推出内量子效率。;

同质pn结：

.低注入效率导致低增益和大的临界电流。

.高再吸收导致低光取出效率和低外部量子效率。

.宽活性层导致宽发射光谱分布。

.对GaAs，un/up高达20左右，因此发光主要集中在p区。;

.异质结能带结构。;

.异质结注入：大注入比，窄带发光，宽带窗口。;

.单异质结

.AlGaAs层

的作用：阻止注入电子的继续深入，提高增益；

减少对光的吸收。;

双异质结：

.高注入效率

.低再吸收

.窄而