LED發光器件譚永勝紹興文理學院微電子學實驗室實驗室：綜合實驗樓B1207Tel651833）E-mail：tanysh@參考書《固體照明導論》茹考斯卡斯等著，黃世華譯化學工業出版社《半導體物理學》教材第9、10兩章《現代半導體發光及激光二極管材料技術-進階篇》史光國全華科技圖書有限公司《白光發光二極管制作技術》劉如熹主編．全華科技圖書有限公司印．1991第一章固體照明概述

照明技術變遷、照明光學、LED基本原理及應用第二章LED的光取出原理及方法

LED的光取出原理及各種改進方法第三、四、五章紅、綠、藍、近紫外等高功率LED

Seminar模式課程內容第六章白光LED

基本考慮及各種制備方法第七章熒光粉、LED封裝與散熱課程內容要求和考試預修課程：半導體物理、半導體器件物理、集成電路工藝原理作業+平時考勤=總成績的20%考試方式：閉卷考試第一章固體照明概述照明技術的變遷LED基本原理照明技術基本參數傳統白熾燈的光效極低500K鎢絲沒有可見光。1000K時才產生波長600nm以上的紅光。即使是可見光，人眼感覺的亮度差別也很大。30年代，熒光燈將電光源帶入新天地高壓放電燈光譜LED:第四代照明技術LED的發展歷史1965年世界上的第一只商用化LED誕生，用鍺制成，單價45美元，為紅光LED，發光效率0.1lm/w1968年利用半導體摻雜工藝使GaAsP材料的LED的發光效率達到1lm/w,并且能夠發出紅光、橙光和黃光1971年出現GaP材料的綠光LED，發光效率也達到1lm/wLED的發展歷史80年代，重大技術突破，開發出AlGaAs材料的LED，發光效率達到10lm/w1990年到2001年，AlInGaP的高亮度LED成熟，發光效率達到40—50lm/w1990年基于SiC材料的藍光LED出現，發光效率為0.04lm/w90年代中期出現以藍寶石為襯底的GaN藍光LED，到目前仍然為該技術

方大集團于2001年9月在國內第一個

生產出GaN基LED外延片常用電光源發光效率對比

白光LED的價位目標

LED產業的“摩爾”定律“就像半導體行業的摩爾定律一樣，LED行業也有一個Haitz定律——Haitz’sLaw。根據Haitz定律，LED亮度約每18-24個月可提升一倍，而在往后的10年內，預計亮度可以再提升20倍，而成本將降至現有的1/10。世界上有關國家白熾燈的禁用時間表

LED晶片，在藍寶石、SiC或硅襯底上外延生長。典型的LED晶片示意圖及物理參數產品特性通過封裝將LED晶片制成各種芯片、光源。各種LED燈具產品中國LED市場應用需求預測(單位:億個)

資料來源:CCID(2010.06)2010年2011年2012年LED指示燈219.0227.5233.2交通指示燈16.517.918.9汽車應用7.19.914.3LED顯示242.4296.5364.5LED室內裝飾9.112.516.2景觀照明13.718.825.4LCD背光51.775.7113.7手機鍵盤和相機閃光等31.333.035.5LED路燈其它第一章固體照明概述照明技術的變遷LED基本原理照明技術基本參數LED發光是半導體pn結的注入發光，而半導體發光的本質是電子與空穴的輻射復合。(a)輻射復合（b)非輻射復合LED的發光原理對于本征半導體，其發光特性取決于材料的能帶類型及禁帶寬度。有雜質能級參與的輻射躍遷通過在間接帶隙半導體中引入某些雜質能級，形成發光中心，能有效提高其輻射效率。PN結正向偏壓下，注入的載流子在結區復合發光。LED的發光效率ηR

：光輸出功率與光輸入功率之比。Pout=Pin×ηR

ηR=ηext×ηv其中，外部量子效率ηext

，是輸出光子數與電子空穴對的注入數之比，

ηv為電壓效率。ηext=ηint×Cex內部量子效率ηint

，是產生光子數與電子空穴對的注入數之比。Cex為光取出效率，是產生的光子輸出到芯片外的效率。故ηR=ηint×Cex×ηv，即要提高LED的發光效率，得同時提高其內部量子效率、光取出效率和電壓效率。ηv=hf/qV實際LED為提高電壓效率需要重摻雜，以減少電阻、閾值電壓和臨界電流。ηint取決于輻射復合與總復合的比率，重摻雜使發光中心濃度遠大于無輻射復合中心濃度。LED的I-V特性曲線可反映其閾值電壓，臨界電流，功率等參數，借助光學測試可反推出內量子效率。同質pn結：低注入效率導致低增益和大的臨界電流。高再吸收導致低光取出效率和低外部量子效率。寬活性層導致寬發射光譜分布。對GaAs，un/up高達20左右，因此發光主要集中在p區。異質結能帶結構。異質結注入：大注入比，窄帶發光，寬帶窗口。單異質結AlGaAs層的作用：阻止注入電子的繼續深入，提高增益；減少對光的吸收。雙異質結：高注入效率低再吸收窄而強的光譜完全取代同質結構單量子阱：活性層厚度小到與電子波長可比擬，能帶轉化為分立能級。更低閾值電流；更高效率；極窄線寬；極好溫度穩定性。由于能量躍遷主要發生在E1c與E1v兩分立能級間，因此發光譜線明顯變窄。E1c與E1v間能級差大于禁帶寬度，因此發射波長小于材料本征躍遷特征波長，發生藍移。電子和空穴受能量勢阱的限制，局域在活性層，在相同注入電流密度下，非平衡載流子濃度大出許多，因此具有很高的注入效率和增益。

重、輕空穴激子GaAs/Al0.2Ga0.8As量子阱中不同阱寬下激子吸收光譜。l表示GaAs阱寬，T=2K。隨阱寬的減少呈現臺階形的吸收譜，阱寬為400nm時階消失。電子阻擋層及多量子阱結構:進一步提高輻射復合效率。多量子阱白光LED利用多量子阱（MQW）可實現準連續光和白光輸出多量子阱白光LED半導體激光器（LD）LD：激光二極管LED與LD的區別：自發輻射與受激輻射。受激輻射的前提：分布反轉對于半導體，必須使電子和空穴的準費米能級之差大于入射光子能量hv。在p區和n區均重摻雜，且大注入的情況下，在結面附近可形成一很薄的分布反轉區，稱為“激活區”。其他條件：光學共振腔，使某一波長光子占壓倒優勢，輸出單色相干