LED半导体照明衬底类型及其测量技术
三种LED衬底比较
对于制作LED芯片来说，衬底材料的选用是首要考虑的问题。
应该采用哪种合适的衬底，需要根据设备和LED器件的要求进行选择。
目前市面上一般有三种材料可作为衬底：·蓝宝石（Al2O3）·硅 (Si)碳化硅（SiC）[/url]蓝宝石衬底通常，GaN基材料和器件的外延层主要生长在蓝宝石衬底上。
蓝宝石衬底有许多的优点：首先，蓝宝石衬底的生产技术成熟、器件质量较好；其次，蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中；最后，蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗。
因此，大多数工艺一般都以蓝宝石作为衬底。
图1示例了使用蓝宝石衬底做成的LED芯片。
图1 蓝宝石作为衬底的LED芯片使用蓝宝石作为衬底也存在一些问题，例如晶格失配和热应力失配，这会在外延层中产生大量缺陷，同时给后续的器件加工工艺造成困难。
蓝宝石是一种绝缘体，常温下的电阻率大于1011Ω·cm，在这种情况下无法制作垂直结构的器件；通常只在外延层上表面制作n型和p型电极（如图1所示）。
在上表面制作两个电极，造成了有效发光面积减少，同时增加了器件制造中的光刻和刻蚀工艺过程，结果使材料利用率降低、成本增加。
由于P型GaN掺杂困难，当前普遍采用在p型GaN上制备金属透明电极的方法，使电流扩散，以达到均匀发光的目的。
但是金属透明电极一般要吸收约30%~40%的光，同时GaN基材料的化学性能稳定、机械强度较高，不容易对其进行刻蚀，因此在刻蚀过程中需要较好的设备，这将会增加生产成本。
蓝宝石的硬度非常高，在自然材料中其硬度仅次于金刚石，但是在LED器件的制作过程中却需要对它进行减薄和切割（从400nm减到100nm左右）。
添置完成减薄和切割工艺的设备又要增加一笔较大的投资。
蓝宝石的导热性能不是很好（在100℃约为25W/（m·K））。
因此在使用LED器件时，会传导出大量的热量；特别是对面积较大的大功率器件，导热性能是一个非常重要的考虑因素。
半导体发光二极管LED的测试方法
半导体发光二极管LED的测试方法摘要：随着社会的发展及人们生活水平的提高，人们对照明的要求不仅要考虑发出光线的亮度，还要考虑其经济性、环保性、稳定性、光色及人身健康。
随着光源研究的不断深入，LED将是最佳选择之一。
本文详细论述了半导体发光二极管LED的测试方法。
关键词：LED；原理；特点；测试方法半导体发光二极管(LED)是一种将电能直接转换为可见光及辐射能的发光器件，具有工作电压低、功耗低、发光效率高、发光响应时间短等一系列特性，被广泛应用于各种电子仪表、设备中，并将逐渐成为照明设备的主流。
此外，LED光电测试是测试LED光电性能的重要手段，相应的测试结果是评价及反映目前我国LED产业发展水平的依据。
1 LED简介半导体发光二极管是常用电子元件二极管中的一种类型。
发光二极管又叫光发射二极管(LED)，是一种可将电能变为光能的一种器件，属于固态光源。
世界上于1960年前后制成GaP发光二极管，于1970年后开始进入市场，当时的LED以红色为主，由于光效率较低，光通量很小，因此只能在电器设备和仪器仪表上作为指示灯使用。
随着管芯材料、结构、封装技术和驱动电路技术的不断进步，LED光色种类的增加，发光效率和光能量的提高，目前LED已在生产领域得到了广泛的应用。
1.1 原理。
半导体可被划分为P型半导体和N型半导体,发光二极管也一样。
N 型半导体带额外电子,P型半导体带额外“空穴”,电子能在空穴之间跳动,从一个空穴转移到另外一个空穴。
电子的流动就会产生电流,当有正向电流通过晶片时,电子就会与P区的空穴进行结合,然后会发出能量,这种能量以光子的形式存在,这就是半导体发光二极管发光的原因。
1.2 分类。
发光二极管的种类很多，按发光材料区为磷化镓(Gap)发光二极管、磷砷化镓(GaAsP)发光二极管、砷铝镓(GaAIAs)发光二极管等；按发光颜色分为发红光、黄光、绿光及眼睛看不见的红外发光二极管等；若按功率分为小功率(HG400系列)、中功率(HG50系列)和大功率(HG52系列)发光二极管：另外还有多色、变色发光二极管等。
发光二极管的测试方法
发光二极管的测试方法发光二极管（LED）是一种能够将电能直接转化为光能的半导体元件。
从市场上常见的LED的类型来看，有红、绿、蓝、黄等不同颜色的LED。
为了确保LED的质量和性能，需要对其进行测试。
下面将介绍一些常用的LED测试方法。
首先是对LED光电参数的测试，主要包括：1. 测试光通量（Luminous Flux）: 光通量是LED的发光亮度的量度，单位为流明(lm)。
可以使用一台光度计来测量LED的光通量值。
2. 测试光强度（Luminous Intensity）: 光强度是LED光线在特定方向上发射的明亮程度，单位为坎德拉（cd）。
光强度的测试可以通过使用一个集成球、透镜和接口装置结合光度计来完成。
3. 测试色度坐标（Chromaticity Coordinates）: 色度坐标是用来描述LED的颜色特性的参数。
可以使用色度仪来测量LED的色度坐标。
此外，还需要对LED的电性能进行测试，主要包括：1. 测试正向电压（Forward Voltage）: 当LED处于导通状态时，正向电压是LED正向电流通过后产生的电压降。
可以使用数字式万用表或特定的LED测试仪进行测量。
2. 测试正向电流（Forward Current）: 正向电流是指在正向电压下流过LED的电流。
可以通过直流电源和电流表进行测试。
3. 测试反向电流（Reverse Current）: 当LED处于反向偏置状态时，如果流过LED的电流过高，则可能导致LED短路。
可以使用数字式万用表或特定的LED测试仪进行测试。
4. 测试开启电压（Breakdown Voltage）: LED在反向偏置状态下的电压，即开启电压。
可以使用数字式万用表或特定的LED测试仪进行测试。
最后，还需要对LED的可靠性进行测试，主要包括：1.高温寿命测试:将LED置于恒定高温环境中，通电并持续观察其工作性能的变化情况，以判断其在高温环境下的寿命和稳定性。
半导体照明技术
知识创造未来
半导体照明技术
半导体照明技术是一种利用半导体材料发光的照明技术。
常见的半导体照明技术包括LED（Light Emitting Diode，发光二极管）照明和OLED（Organic Light Emitting Diode，有机发光二极管）照明。
LED照明是目前最常见和广泛应用的半导体照明技术。
LED 是一种能够将电能直接转换为光能的器件，具有高效能、
寿命长、耐震动、环保等优点。
LED照明应用范围广泛，
包括室内和室外照明、汽车照明、背光源等，已经逐渐代
替了传统的白炽灯和荧光灯。
OLED照明是一种新兴的照明技术，其原理是利用有机化合物在电流的激发下发出光线。
OLED具有薄、轻、柔性等特点，可以制成灵活的显示屏和照明设备。
OLED照明还具有自发光、均匀照明、色彩饱满等优点，适用于室内照明、
商业照明、装饰照明等领域。
半导体照明技术具有能源高效、寿命长、环保等优势，正
在逐渐成为未来照明的主流技术。
随着技术的发展和成本
的下降，半导体照明技术受到越来越广泛的应用和推广。
1。
LED特性测量要点
LED特性测量要点LED（Light Emitting Diode，发光二极管）是一种固态半导体器件，具有节能、环保、寿命长等优点，在照明、显示、通信、车灯等领域得到广泛应用。
为了能够准确评估和分析LED的性能，进行LED特性测量是非常重要的。
下面将介绍一些重要的LED特性测量要点。
1.光电流测量：LED的亮度是通过光电流来表征的，因此光电流的测量是非常关键的一项。
常用的测量方法有使用光电二极管（Photodiode）测量、光功率计测量以及CCD摄像头测量等。
在测量时，要注意选择合适的测量范围，避免过度饱和或太小的测量值。
此外，还需注意环境光的影响，保持测量环境的一致性。
2.光谱分析：LED的光谱特性对于评估其颜色、光谱宽度和光纯度等参数非常重要。
光谱分析仪是测量LED光谱的常用工具，通过测量光谱强度与波长之间的关系，可以准确分析LED的颜色、色温、色纯度等。
在进行光谱测量时，需注意测量范围、分辨率和积分时间的选择，以及光源的稳定性和辐射校准的准确性。
3.显色性能测量：对于白光LED，其显色性能是非常重要的一个参数。
显色性能通常用色温和显色指数来评估，色温表示白光的色调，显色指数表示白光对物体真实颜色的还原能力。
常用的测量设备有色温计和光谱分析仪等。
在测量色温时，应选择适当的测量视场角，尽量避免外界光源的干扰。
在测量显色指数时，要注意光源的稳定性和测量环境的一致性。
4.发光角度测量：LED的发光角度直接影响其在照明和显示等方面的应用效果。
常用的测量方法有测量半功率角度和全角度。
测量半功率角度是指在光强降至峰值光强的一半时的发光角度，常用的测量设备有积分球、光强分布仪等。
全角度则是指LED发射光强变为零时的发光角度，可以通过旋转台和光电二极管等设备进行测量。
5.电/光特性测量：LED作为一个半导体器件，其电/光特性的测量也是非常重要的。
常用的测量参数有正向电压、正向电流、反向电流等。
测量时要注意选择合适的测量仪器和测量范围，以及保持电路的稳定性。
蓝宝石、碳化硅、硅衬底半导体照明技术方案_范文模板及概述说明
蓝宝石、碳化硅、硅衬底半导体照明技术方案范文模板及概述说明1. 引言1.1 概述本文旨在探讨蓝宝石、碳化硅和硅衬底半导体照明技术方案，并比较它们的优势和挑战。
随着人们对高效能、长寿命和环境友好的照明解决方案的需求增加，半导体照明技术得到了广泛的关注。
蓝宝石、碳化硅和硅衬底半导体作为新兴的材料，在半导体照明中展示出巨大的潜力。
1.2 文章结构本文将按照以下结构进行论述。
首先，我们将在第2部分介绍蓝宝石照明技术方案，包括对蓝宝石材料的简要介绍以及其在半导体照明中的应用。
然后，在第3部分，我们将探讨碳化硅照明技术方案，包括对碳化硅材料的简介以及其在半导体照明中的应用。
接下来，在第4部分，我们将讨论硅衬底半导体照明技术方案，包括对硅衬底半导体材料及其特性的介绍，以及其在照明中的应用。
最后，在第5部分，我们将对各种技术方案进行总结和对比分析，并展望未来半导体照明技术的发展方向。
1.3 目的本文旨在深入了解蓝宝石、碳化硅和硅衬底半导体照明技术方案，以便读者能够全面了解这些新兴材料在半导体照明领域的应用，以及它们带来的优势和挑战。
通过对比分析不同技术方案的优缺点，并展望未来的发展趋势，本文将有助于读者更好地理解并选择最适合自己需求的半导体照明解决方案。
2. 蓝宝石照明技术方案2.1 简介蓝宝石材料蓝宝石材料，也被称为刚玉（corundum），是一种高硬度的晶体材料，由氧化铝（Al2O3）组成。
蓝宝石因其在可见光谱中的透明性而在半导体行业中得到广泛应用。
蓝宝石具有良好的光学特性，包括高透射率、低折射率和高耐热性。
2.2 蓝宝石在半导体照明中的应用蓝宝石在半导体照明领域中被用作LED芯片的衬底材料。
LED（Light Emitting Diode）是一种通过电流激发产生光辐射的器件，广泛应用于照明、显示和指示等领域。
使用蓝宝石作为衬底材料可以提供良好的结构支撑和优化光学性能。
具体来说，在LED制造过程中，使用基于蓝宝石的衬底可以实现以下几个关键步骤：首先，通过外延生长技术，在蓝宝石衬底上沉积一层带有特定掺杂物的半导体外延膜层。
半导体照明标准和测试方法
近场测量 (2-3m)
探测器 D1实现近场测量 光度探头：紧凑型分布光度计 高精度快速光谱辐射计：分布光谱辐射计 成像亮度计：近场分布光度计
GO-R5000 全空间快速分布光度计系统配置方案
GO-R5000 全空间快速分布光度计（含精密转台、控制单元、光度计、 专用测控软件和精密激光对准系统） 可选配机载HAAS-2000高精度快速光谱辐射计：测量空间光谱分布 可选配机载CX-2B 100万像素16bit制冷恒温CCD型成像亮度计：测量亮 度、构成近场分布光度计 主探头选用CLASS L光度探头(f1’<1.5%)，精密恒温、前置放大 标准光源 高精度数字功率计：测量被测光源的电参数 精密数显直流稳压稳流电源 变频稳压电源：为被测光源提供电源
取决于光强测量精度，下文将进一步讨论
光强分布(配光曲线)的测量
测量方法：分布光度计 利用照度测量和照度平方反比关系测量光强：
光强测试距离
根据EN13032-1:2004 至少为灯具最大发光面尺寸的5倍（余弦分布） 至少为灯具最大发光面尺寸的10倍（非余弦分布） 投光灯的最小测试距离可用以下公式计算:
TJ TJ 0 TJ
' disperse
PJK Pinput
TK TJ 0
' JK
T j Pinput
TJ TK TJ
LED产品的寿命表征和测量
表征普通照明用LED产品寿命的一般技术指标：
寿命（h）：LED产品不能点燃或光通维持率降至70％或50％以下 推算寿命（h）：由寿命或加速试验结果推算出的寿命时间。
辐亮度测量的原理图
LED辐射危害测量系统的实物图
报告人简介
潘建根，教授级高工，杭州远方光电信息有限公司董事长兼技术总 监，国际照明委员会（CIE）光辐射测量分部中国代表，CIE 《LED 灯具测量方法》负责人 ，中国照明学会常务理事兼测试计量专委会 副主任委员，全国照明电器标委会光辐射测量标准化分会 （SAT/TC224/SC3）副主任委员兼秘书长，国家863计划半导体照 明工程总体专家组成员。2008年潘建根教授被美国国家标准技术研 究院(NIST)聘为客座研究员，2009年获CIE突出贡献奖。 自1985年至今潘建根教授一直从事光电精密计量测试技术研究和设 备开发工作。潘建根教授曾任教于浙江大学光电系，1993年创办杭 州远方观点信息有限公司，近年来，他所领导的科研团队特别专注 于半导体照明测试技术和标准化的研究，发表论文40余篇，拥有技 术专利30余项，主持多项国家863高科技计划项目和各级政府的科技 攻关课题，基于上述研究成果，他主持和参与起草了多项国际和国 内半导体照明标准和光辐射测量标准。 联系方法：everfine@
led衬底选用
LED衬底-LED衬底材料选用的比较关键字：LED衬底，LED衬底材料添加时间：2010-4-19 在LED晶圆(LED外延片)制程方面，不同的衬底材料，需要不同的磊晶（晶圆生长）技术、芯片加工技术和封装技术，LED衬底材料决定了半导体照明技术的发展路线。
LED灯衬底材料的选择主要取决于以下9个方面，衬底的选择要同时满足全部应该有的好特性。
所以，目前只能通过外延生长技术的变更和器件加工制程的调整来适应不同衬底上的半导体发光器件的研发和生产。
用于氮化镓研究的衬底材料比较多，但是能用于生产的衬底目前只有二种，即蓝宝石Al2O3和碳化硅SiC衬底。
如果我们来看LED衬底材料，好的材料应该有的特性如下：1、结构特性好，晶圆材料与衬底的晶体结构相同或相近、晶格常数失配度小、结晶性能好、缺陷密度小。
2、接口特性好，有利于晶圆料成核且黏附性强。
3、化学稳定性好，在晶圆生长的温度和气氛中不容易分解和腐蚀。
4、热学性能好，包括导热性好和热失配度小。
5、导电性好，能制成上下结构。
6、光学性能好，制作的器件所发出的光被衬底吸收小。
7、机械性能好，器件容易加工，包括减薄、抛光和切割等。
8、价格低廉。
9、大尺寸，一般要求直径不小于2英吋。
一般说来，LED衬底还有哪些呢？1、氮化镓衬底用于氮化镓生长的最理想的衬底自然是氮化镓单晶材料，这样可以大大提高晶圆膜的晶体质量，降低位错密度，提高器件工作寿命，提高发光效率，提高器件工作电流密度。
可是，制备氮化镓体单晶材料非常困难，到目前为止尚未有行之有效的办法。
有研究人员通过HVPE方法在其它衬底(如Al2O3、SiC、LGO)上生长氮化镓厚膜，然后通过剥离技术实现衬底和氮化镓厚膜的分离，分离后的氮化镓厚膜可作为外延用的衬底。
这样获得的氮化镓厚膜优点非常明显，即以它为衬底外延的氮化镓薄膜的位错密度，比在Al2O3、SiC上外延的氮化镓薄膜的位错密度要明显低；但价格昂贵。
因而氮化镓厚膜作为半导体照明的衬底之用受到限制。
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LED半导体照明衬底类型及其测量技术
自上世纪90年代初中村修二发明高亮度蓝光LED以来，基于GaN基蓝光LED和黄色荧光粉组合发出白光方式的半导体照明技术在世界范围内得到了广泛关注和快速发展。
迄今为止，商品化白光LED的光效已经超过150 lm/W，而实验室水平已经超过了200 lm/W，远远高于传统白炽灯（15 lm/W）和荧光灯（80 lm/W）的水平。
从市场看，LED已经广泛应用于显示屏、液晶背光源、交通指示灯、室外照明等领域，并已经开始向室内照明、汽车灯、舞台灯光、特种照明等市场渗透，未来有望全面替换传统光源。
半导体照明光源的质量和LED芯片的质量息息相关。
进一步提高LED的光效（尤其是大功率工作下的光效）、可靠性、寿命是LED材料和芯片技术发展的目标。
LED半导体衬底分类
（1）图形衬底
衬底是支撑外延薄膜的基底，由于缺乏同质衬底，GaN基LED一般生长在蓝宝石、SiC、Si等异质衬底之上。
发展至今，蓝宝石已经成为性价比最高的衬底，使用最为广泛。
由于GaN的折射率比蓝宝石高，为了减少从LED出射的光在衬底界面的全发射，目前正装芯片一般都在图形衬底上进行材料外延以提高光的散射。
常见的图形衬底图案一般是按六边形密排的尺寸为微米量级的圆锥阵列，可以将LED的光提取效率提高至60%以上。
同时也有研究表明，利用图形衬底并结合一定的生长工艺可以控制GaN中位错的延伸方向从而有效降低GaN 外延层的位错密度。
在未来相当一段时间内图形衬底依然是正装芯片采取的主要技术手段。
未来图形衬底的发展方向是向更小的尺寸发展。
目前，受限于制作成本，蓝宝石图形衬底一般采用接触式曝光和ICP干法刻蚀的方法进行制作，尺寸只能做到微米量级。
如能进一步减小尺寸至和光波长可比拟的百nm量级，则可以进一步提高对光的散射能力。
甚至可以做成周期性结构，利用二维光子晶体的物理效应进一步提高光提取效率。
纳米图形的制作方法包括电子束曝光、纳米压印、纳米小球自组装等，从成本上考虑，后两者更适合用于衬底的加工制作。
（2）大尺寸衬底
目前，产业界中仍以2英寸蓝宝石衬底为主流，某些国际大厂已经在使用3英寸甚至4英寸衬底，未来有望扩大至6英寸衬底。
衬底尺寸的扩大有利于减小外延片的边缘效应，提
高LED的成品率。
但是目前大尺寸蓝宝石衬底的价格依然昂贵，且扩大衬底尺寸后相配套的材料外延设备和芯片工艺设备都要面临升级，对厂商而言是一项不小的投入。
（3）SiC衬底
SiC衬底和GaN基材料之间的晶格失配度更小，事实证明在SiC上生长获得的GaN晶体质量要略好于在蓝宝石衬底上的结果。
但是SiC衬底尤其是高质量的SiC衬底制造成本很高，故鲜有厂商用于LED的材料外延。
但是美国Cree公司凭借自身在高质量SiC衬底上的制造优势，成为业内唯一一个只在SiC衬底上生长LED的厂商，从而避开在蓝宝石衬底上生长GaN的专利壁垒。
目前SiC衬底的主流尺寸是3英寸，未来有望拓展至4英寸。
SiC衬底相比蓝宝石衬底更适合于制作GaN基电子器件，未来随着宽禁带半导体功率电子器件的发展，SiC衬底的成本有望进一步降低。
（4）Si衬底
Si衬底被看作是降低LED外延片成本的理想选择，因为其大尺寸（8寸、12寸）衬底发展得最为成熟。
但是，由于晶格失配和热失配太大，难于控制，基于Si衬底的LED材料质量相对较差，且成品率偏低，所以目前市场上基于Si衬底的LED产品十分少见。
目前在Si 上生长LED主要采用以6英寸以下的衬底为主，考虑成品率因素，实际LED的成本和基于蓝宝石衬底的相比不占优势。
和SiC衬底一样，大多数研究机构和厂商更加青睐在Si衬底上生长电子器件而不是LED。
未来Si衬底上的LED外延技术应该瞄准8英寸或12英寸这种更大尺寸的衬底。
（5）同质衬底
正如前面提到的，目前LED的外延生长依然是以异质衬底的外延为主。
但是晶格匹配和热匹配的同质衬底依然被看作提高晶体质量和LED性能的最终解决方案。
最近几年，随着氢化物气相沉积（HVPE）外延技术的发展，大面积GaN基厚衬底制作技术得到了重视，其制作方法一般为采用HVPE在异质衬底上快速生长获得数十至数百微米厚的GaN体材料，再采用机械、化学或物理手段将厚层GaN薄膜从衬底上剥离下来，利用此GaN厚层作为衬底，进行LED外延。
日本三菱公司和住友公司已经可以提供GaN基衬底的产品，但是价格昂贵，对于一般LED的生长不划算。
主要是用于激光器的制造或者非极性/半极性面LED的研究。
美国加州大学圣芭芭拉分校（UCSB）中村小组在非极性/半极性面LED研制方面做出了许多开创性和代表性的工作。
非极性/半极性面LED可以规避传统c面LED中存在的极化效应问题，从而进一步提升LED尤其是长波长可见光LED的效率。
但是高质量的非极性/半极性面LED必须依赖同质衬底，而非极性/半极性面的GaN衬底离实用化还有相当的距离。
此外，
日本、波兰、美国等一些学校和研究机构也在尝试使用碱金属熔融法、氨热法等手段在高压和中温条件下制造GaN块状晶体，但是目前都尚处于研究阶段。
LED半导体衬底测量技术
衬底是支撑外延薄膜的基底，因此衬底表面质量关系着外延薄膜的好坏，进而会影响整个LED灯具质量，因而对衬底表面质量准确测量非常重要，目前LED衬底表面粗糙度在纳米级别，市场上最成熟高效的测量工具是光学3D表面轮廓仪（白光干涉仪）。
中图仪器以多年累积的白光三维重建技术以及微纳米显微测量算法为基础，推出的SuperView W1系列光学3D表面轮廓仪成为市场的佼佼者，在科研院所、大专院校及蓝宝石衬底加工企业中广受好评。
SuperView W1系列光学3D表面轮廓仪具有四大显著特点：
1、高精度、高重复性
1）采用光学干涉技术、精密Z向扫描模块和优异的3D重建算法组成测量系统，保证测量精度高；
2）独特的隔振系统，能够有效隔离频率2Hz以上绝大部分振动，消除地面振动噪声和空气中声波振动噪声，保障仪器在大部分的生产车间环境中能稳定使用，获得极高的测量重复性；
2、一体化操作的测量分析软件
1）测量与分析同界面操作，无须切换，测量数据自动统计，实现了快速批量测量的功能；
2）可视化窗口，便于用户实时观察扫描过程；
3）结合自定义分析模板的自动化测量功能，可自动完成多区域的测量与分析过程；
4）几何分析、粗糙度分析、结构分析、频率分析、功能分析五大功能模块齐全；
5）一键分析、多文件分析，自由组合分析项保存为分析模板，批量样品一键分析，并提供数据分析与统计图表功能；
6）可测依据ISO/ASME/EUR/GBT等标准的多达300余种2D、3D参数。
3、精密操纵手柄
集成X、Y、Z三个方向位移调整功能的操纵手柄，可快速完成载物台平移、Z向聚焦、找条纹等测量前工作。
4、双通道气浮隔振系统
既可以接入客户现场的稳定气源也可以采用便携加压装置直接加压充气的双通道气浮隔振系统，在无外接气源的条件下也可稳定工作。
SuperView W1系列光学3D表面轮廓仪主要技术指标：。