半导体照明技术第十章
半导体照明技术
半导体照明技术第一篇：半导体照明技术在照明行业中的应用半导体照明技术是目前照明行业中最为先进的技术之一，它使用半导体发光二极管（LED）作为光源，具有节能、环保、寿命长等优点。
半导体照明技术的应用涵盖了各个领域，包括室内照明、室外照明、特殊场合照明等。
室内照明是半导体照明技术应用最广泛的领域之一。
在室内照明中，半导体照明技术可以通过LED灯管、LED面板灯等产品实现。
与传统照明产品相比，半导体照明产品的功率较小，但是亮度却不差，而且其寿命远远超过传统照明产品。
这些优点使得半导体照明技术的应用在室内照明领域中得到了广泛的认可。
室外照明是半导体照明技术应用的另一个重要领域。
在室外照明领域中，半导体照明技术不仅可以用于普通路灯、景观灯等传统产品，还可以运用在智能路灯、太阳能路灯等高新产品上。
这些丰富的产品形态使得半导体照明技术在室外照明领域中具有广泛的应用前景。
此外，半导体照明技术还可以用于特殊场合照明，如舞台灯光等。
相比传统舞台灯光，半导体照明技术使用的LED灯具功率小、体积小、寿命长、色彩饱和度高等优点，使得其在舞台灯光领域中的应用日益广泛。
相信随着半导体照明技术的不断发展和创新，其在特殊场合照明领域的应用将会越来越多样化。
总之，半导体照明技术的应用范围非常广泛，在室内照明、室外照明、特殊场合照明等各个领域都有着重要的地位和作用。
随着半导体照明技术的不断进步和发展，相信其在照明行业中的应用前景将越来越广阔。
第二篇：半导体照明技术的发展历程半导体照明技术的发展可以追溯到20世纪60年代，此时LED还没有被广泛应用于照明行业。
在20世纪70年代，LED开始被用于数字显示器等场合，但是其在照明领域中的应用还不成熟。
直到80年代末和90年代初，半导体照明技术才开始在照明行业中得到广泛应用。
1992年，美国专利局颁发了一项LED照明专利，这在某种程度上标志着半导体照明技术正式开始跨入实用阶段。
随着技术不断成熟，LED的亮度逐渐提高，功率也逐渐降低，这使得LED照明成为了一种先进的、高效的照明方式。
半导体照明技术(第十讲)
一个刺到相应的位置上。
手工刺片和自动装架相比有一个好处，便于随时更换不同 的芯片，适用于需要安装多种芯片的产品。
半
（6）自动装架
导
体
照
明
技
术
自动装架其实是结合了沾胶（点胶）和安装芯片两大步骤：
先在LED支架上点上银胶（绝缘胶）， 然后用真空吸嘴将LED芯片吸起移动位置， 再安置在相应的支架位置上。
自动装架在工艺上主要要熟悉设备操作编程，同时对设备的
沾胶及安装精度进行调整。 在吸嘴的选用上尽量选用胶木吸嘴，防止对LED芯片表面 的损伤，特别是兰、绿色芯片必须用胶木的。因为钢嘴会划伤 芯片表面的电流扩散层。
半
（7）烧结
导
体
照
明
技
术
烧结的目的是使银胶固化，烧结要求对温度进行监控，防
止批次性不良。
式中RT为两点间的热阻， T 为两点间的温度差，PD为两点 间的热功率流。热阻单位为°C/W或K/W
半
2、结构层热阻
导
体
照
明
技
术
结构层热阻RT正比于层的厚度L，反比于材料的热导率λ 和 层的面积S：
RT
3、扩展热阻
L S
当一热流通过一小面积进入无限固体中时，所产生的热阻 称为扩散热阻。
它的大小除与其无限固体的热导率有关外，还与接触面积 和形状有关。面积一定时，细长形接触的扩展热阻低于方形， 环形的小于椭圆形的，更小于圆形的。
引脚式封装；
平面式封装； 表面贴装式SMD LED； 食人鱼Piranha LED。
半
导
体
照
明
技
术
三、引脚式封装
（一）引脚式封装结构 LED引脚式封装采用引线架作为各种封装外型的引脚，常见 的是直径为5mm的圆柱型（简称Φ 5mm）封装。
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。
半导体照明技术
半导体照明技术半导体照明技术是近年来光电子领域的一项重要技术，也是照明行业的一次革命性突破。
其与传统的照明技术相比，具有更高的效率、更长的寿命以及更低的能耗，被广泛应用于室内照明、汽车照明、背光源以及市政照明等领域。
半导体照明技术的核心是发光二极管（LED）。
LED通过电流的通过，使得半导体材料产生电子和空穴的复合，从而发出光辐射。
相比传统的白炽灯或荧光灯，LED具有更高的能源转换效率。
根据目前的研究数据，LED的工作效率可达到50-60%，而传统的白炽灯仅为10%，荧光灯为20%左右。
这意味着LED可以用更少的电能产生更强的光亮，从而减少了能源的浪费，降低了能源的消耗，有助于保护环境。
除了高效率之外，半导体照明技术还具有更长的使用寿命。
目前市场上的LED灯具寿命可达到20,000到50,000小时，远远超过了白炽灯的1000小时和荧光灯的5000小时。
这就意味着，在同样的使用时间内，LED灯可以减少更多的灯泡更换和维修成本。
同时，长寿命也减少了废旧灯泡的数量，降低了环境污染。
半导体照明技术的另一个优势是调光性能。
传统的白炽灯和荧光灯需要使用外接设备来调节亮度，而LED可以通过调节电流直接实现亮度的调节。
这使得LED灯具具备更好的可调性和光色表现，可以满足不同应用场景的需求。
例如，室内照明可以根据不同的情况调节亮度，达到更加舒适和节能的效果。
车辆照明则可以根据不同的驾驶条件调整灯光的亮度和颜色，提升行车安全性。
在市政照明领域，半导体照明技术也发挥了重要作用。
传统的路灯大多使用高压钠灯作为光源，虽然具有较高的亮度，但能效低，污染环境。
而LED路灯则具有高效节能、长寿命、可调光等特点，成为城市照明更新换代的首选。
根据国内外一些城市的统计数据，应用LED 照明技术后，能源消耗可以降低50%以上。
这不仅减缓了城市的用电压力，同时也对环境产生了积极的影响。
然而，半导体照明技术也存在一些挑战和限制。
首先是成本问题。
半导体照明技术的研究与展望
半导体照明技术的研究与展望近年来，随着人们对环保理念的不断加强，照明领域也逐渐向高效、节能、环保的方向发展。
半导体照明技术作为一种新型的节能照明技术，具有高效、节能、环保、寿命长、色彩鲜艳等特点，越来越受到人们的关注。
一、半导体照明技术的概念及原理半导体照明技术是指利用半导体材料的特性，将电能直接转化为光能，实现照明效果。
半导体照明技术的主要原理是在半导体材料中加入少量的杂质，形成PN结，在给予电压的作用下，电子与空穴复合释放出能量，产生光辐射。
二、半导体照明技术的优势相比于传统的白炽灯和荧光灯，半导体照明技术具有以下几点优势：1. 高效：半导体照明技术能够将电能直接转化为光能，相比于传统照明技术，能够大大提高能源的利用效率。
2. 节能：半导体照明技术的功耗较小，能够实现节能目的。
同时，半导体照明技术在使用过程中不会产生“暖效应”，不会浪费能源。
3. 寿命长：半导体照明技术使用寿命较长，一般可达到数万小时以上。
4. 环保：半导体照明技术使用过程中不会产生有害物质，不会对环境造成污染。
5. 色彩鲜艳：半导体照明技术的光线颜色丰富，可根据需要调整亮度和色彩，产生更加舒适的照明效果。
三、半导体照明技术在市场上的应用随着半导体照明技术的逐渐成熟，其在市场上的应用也逐渐扩大。
目前，半导体照明技术已经广泛用于室内和室外照明领域，包括商业照明、道路照明、家居照明、汽车照明等。
在商业照明领域，半导体照明技术被广泛应用于酒店、商场、餐饮等场所，其高显色指数和稳定的光质成为商家展示商品和服务的最佳选择。
在道路照明领域，半导体照明技术的调光和智能化特点得到了广泛应用，既能够降低能耗，又能够提高安全性。
在家居照明领域，半导体照明技术作为一种美观、实用、高效、环保的照明选择，正在逐渐普及。
在汽车照明领域，半导体照明技术的高显色指数、低功耗、高效率等特点，被广泛应用于车灯、车内照明等领域。
四、半导体照明技术的发展前景半导体照明技术的快速发展以及对环保理念的逐渐重视，预示着半导体照明技术在未来的市场中会有更广泛的应用。
半导体照明技术
半导体照明技术半导体照明技术一、基础知识篇•1．光的本质是什么，物体发光有哪几种方式？•2．何谓电致发光？半导体发光为何属冷光？•3．照明光源的发展经历了哪几个阶段？•4．LED的工作原理与基本结构是什么？•5．LED光源有哪些优势？•6．在主要性能方面，目前白光LED与传统光源相比有哪些优缺点？•7．什么是色温？什么是显色指数？•8．通用照明对白光LED的光电性能有哪些基本要求？•9．什么是人眼对光的视觉敏感曲线？•10．人眼对光的视觉敏感曲线对我们了解LED照明有什么作用？•11．LED的发展经历了哪几个阶段？•12．何谓LED的伏安特性？LED的电功率是如何计算的？•13．LED的基本特性是什么？•14．何谓LED的电―光转换？如何表述光电转换效率？•15．LED单色光（红、黄、蓝、绿等）的光谱与白光的光谱有什么区别？•16．在通用照明领域，LED取代传统光源从目前来看还需克服哪些障碍？•17．LED取代传统光源还有哪些需要攻克的课题，当前国际上LED发展的趋势如何？•18．何谓绿色照明光源？它有哪些特点？•19．为什么说21世纪照明产业将迎来自爱迪生发明白炽灯以来的又一次产业革命？•20．哪些产业是LED产业链的构成部分？•21．LED上游产业是指哪些产业？•22．LED中游产业是指哪些产业？•23．LED下游产业是指哪些产业？•24．LED产业的发展，可以带动哪些相关产业的产品升级换代和技术创新？•25．用半导体光源取代传统光源对我国这样一个照明光源生产与出口大国的重要意义何在？•26．当前我国LED产品与国际先进水平相比，主要差距在哪里？•27．我国发展半导体照明产业的优势何在？政府主管部门出台了哪些推进这一产业发展的重要举措？•二、外延芯片篇•28．LED的发光有源层――PN结是如何制成的？哪些是常用来制造LED的半导体材料？•29．什么是LED的内量子效率？不同的发光波长，假定内量子效率达100％，其电―光效率有何不同？•30．LED PN结有源层发出的光子能否100％逸出到空气中？•31．有哪些生长LED有源层的外延方法？它们各自有什么特点？•32．哪些材料可以用做生长外延层的衬底材料？它们各自有哪些优缺点？•33．当前，生产超高亮LED的外延方法主要有几种？什么是MOCVD？•34．当前，用做半导体照明光源的高效LED的外延层结构有何创新和发展？它们的结构如何？•35．当前的GaAs、GaP、GaAlAs、GaInAlP以及InGaN等均是无机半导体材料，除此之外，还有哪些无机材料可以制造发光二极管？目前研发的进展如何？•36．简述有机半导体发光二极管发展历程，0LED等能否进入照明领域？•37．国内LED外延产业的状况与发展趋势如何？•38．LED芯片的制造流程是怎样的？•39．LED芯片制造工序中，哪些工序对其光电性能有较重要的影响？•40．芯片制造过程中通过哪些工艺技术措施可以提高芯片发光强度与出光效率？•41．LED芯片为什么要分成诸如8mil，9mil…13～22mil，40mil等不同的尺寸？尺寸大小对LED光电特性有哪些影响？•42．LED大功率芯片一般指多大面积的芯片？为什么？大功率芯片的版图设计有哪些特殊考虑？•43．制造GaN外延材料的芯片工艺和加工设备与GaP、GaAs、InGaAlP相比有哪些不同的要求？为什么？•44．什么是“激光剥离技术”？它在LED芯片制造中起什么作用？它主要用在哪类芯片制造中？•45．“透明电极”芯片的结构与它的特点是什么？•46．什么是“倒装芯片（Flip-Chip）”？它的结构如何？它有哪些优点？•47．用于半导体照明的芯片技术的发展主流是什么？三、封装篇•48．提高LED芯片光子逸出率的途径有哪些？为什么说通过封装设计和封装材料改进可以提高LED光子逸出效率？•49．简述提高LED芯片电―光转换效率的重要意义。
半导体照明原理与技术
半导体照明原理与技术
照明是人类重要的需求之一，不仅需要照明，更需要安全、舒适、健康的照明。
目前，世界各国都在努力研制高质量的照明产品。
随着半导体材料、器件及制造技术的进步，半导体照明将会有更大的发展。
什么是半导体照明？
半导体照明就是以半导体材料为基础制成的一种新型光源，它利用半导体能带结构的特点来进行发光。
传统照明主要依靠白炽灯、荧光灯、高压钠灯等光源，它们都属于固体发光。
但这些光源均有一个共同的缺点——发光效率低、寿命短。
半导体材料制成的光源就能解决这些问题。
与传统照明相比，半导体照明具有以下优点：
1.能耗低：与白炽灯、荧光灯相比，由于没有灯丝，所以不会造成灯丝的污染，不需要加热和冷却设备，因而能耗低。
2.寿命长：与白炽灯、荧光灯相比，由于没有灯丝，所以不会造成灯丝的污染和老化，其寿命是白炽灯的5-10倍，荧光灯的1000小时以上。
3.高效节能：与高压钠灯相比，由于没有灯丝和玻璃壳，所以可以大大提高发光效率。
—— 1 —1 —。
第一讲++半导体照明技术
关于发光强度的单位坎德拉
坎德拉（Candela），发光强度的单位，国际单位制七个 基本单位之一，符号cd。 1979年10月第十六届国际计量 大会将坎德拉定义为：540.0154×1012Hz（频率）的单色 辐射光源（黄绿色可见光），在某给定方向上的发光强 度，且在该方向的辐射度为(1/683)W/sr。1坎德拉的点状 光源所发出的总光通量为4π流明。
LED汽车照明市场前景 资料显示，2015年整体车外照明用LED数量达27.9亿
颗，预期到了2020年则将有36.7亿颗，而远近灯与位置灯 的LED封装体颗数，年复合成长皆超过15%，前灯模组 LED封装的颗数则成长幅度最高，年复合成长率达23%。
如今，汽车照明正在从传统的照明领域向新兴的 LED领域转型，汽车用LED照明份额也在逐年上升。据 预测，全球汽车LED灯具市场到2020年将达70亿美元，年 复合增长率超过18%。
明视觉，中间视觉和暗视觉
≥130ccdd//mm22
00..0011ccdd//mm22
问题：
漆黑的夜晚，为什么用眼角看物体更清楚？ 漆黑的夜晚，能不能看见对方穿什么颜色
的衣服？ 在白天，人眼对什么颜色的光最敏感？晚
上呢？
辐射度与光度
辐射度学是对电磁辐射能量进行客观计量的学科， 以能量单位描述辐射能这个客观物理量。
一支普通蜡烛的发光强度约为1cd。
国内早些时候，把每1瓦的白炽灯的发光强度称之为一支 烛光，如25瓦的就称之为25支烛光。其原因是一只 220V/100W的白炽灯发出的光通量约等于400π流明。换 算下来每1W的发光强度差不多就是1cd。
照度
概念：在被照物体表面上，单位面积所接收到的光
通量。
E d dS
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2、然后是对LED PN结的两个电极进行加工，电极加工也是 制作LED芯片的关键工序，包括清洗、蒸镀、黄光、化学蚀刻、 熔合、研磨；然后对LED毛片进行划片、测试和分选，就可以得 到所需的LED芯片。
KI+I2
去胶
丙酮+酒精
P电极合金
O2
N电极光刻
N电极蒸发
N剥离
N退火
N2
P压焊点光刻
P压焊点蒸发
P压焊点剥离
气体，功率
钝化层沉积
钝化层光刻
钝化层刻蚀
钝化层去胶
丙酮
中道终测检验
减薄
划片
裂片
扩膜
划片,裂片工作流程图
划片前晶片背面
划片后背面
划片后,侧视图 裂片后,侧视图
如果芯片清洗不够干净，蒸镀系统不正常，会导致蒸镀出 来的金属层（指蚀刻后的电极）会有脱落，金属层外观变色， 金泡等异常。
蒸镀过程中有时需用弹簧夹固定芯片，因此会产生夹痕。 黄光作业内容包括烘烤、上光阻、照相曝光、显影等，若显影 不完全及光罩有破洞会有发光区残多出金属。芯片在前段工艺 中，各项工艺如清洗、蒸镀、黄光、化学蚀刻、熔合、研磨等 作业都必须使用镊子及花篮、载具等，因此会有芯片电极刮伤 情形发生。
p-electrode (Ni/Au) p-electrode (Ni/Au)
p-GaN layer InGaN MQW active layer
n-GaN layer GaN buffer layer Sapphire substrate
n-electrode(Ti/Al)
LED芯片结构特征 之 倒装结构
高纯原料 化合物单晶 外延用衬底片
元素半导体的代表为硅（Si）和锗（Ge）； 也称为第一代半导体；
化合物半导体被称为第二、三代半导体材料， 代表材料：砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）、 氮化镓（GaN）等。
2、外延生长
所谓“外延生长”就是在高真空条件下，采用分 子束外延（MBE）、液相外延（LPE）、金属有机化学 气相沉积（MOCVD)等方法，在晶体衬底上，按照某一 特定晶面生长的单晶薄膜的制备过程 。
半导体外延生长主要采用MBE和MOCVD工艺。
衬底片
外延片
p-GaN p-Al0.25Ga0.75N MQW u-In0.04Ga0.96N
LM-InGaN n-GaN/u-GaN
蓝宝石衬底
3、芯片制作
在外延片的基础上采用光刻、刻蚀、蒸发、镀膜、电 极制备、划片等半导体工艺制作具有一定功能的结构单 元。主要采用光刻机、RIE、 PECVD 、离子注入、化学 气相沉积、磨片抛光、镀膜机、划片机等半导体工艺设 备。
芯片基本结构:Flip-chip
半导体技术与工艺链
衬底片制备 单晶生长、磨 片、抛光
外延生长
MBE MOCVD
芯片制作
光刻、刻蚀、 蒸发、划片Βιβλιοθήκη 器件封装贴片、键 合、封包
第一节 制造LED芯片的工艺流程
1、半导体单晶生长及衬底片加工
通过对高纯原料熔融、化合物单晶生长、切 割、磨片、抛光、真空包装等工艺，制成外延 生长用衬底片。包括单晶生长炉、抛光机 、变 频行星式球磨机 、晶体切割机等
外延片
圆片
芯片
基本工艺流程
MOCVD材料外延生 长
光刻
镀介质膜
刻蚀 蒸发 溅射 退火处理 解理
LED外延与芯片制作
镀膜 解理/划片 真空包装
MOCVD外延
p-GaN
N-GaN 缓冲层
蓝宝石
MQW
清洗
金属离子
有机物
n区光刻
刻蚀
Cl2+Bcl3+Ar
去胶
3#液
p电极蒸发
P电极光刻
P电极腐蚀
p型氮化镓层：多数采用p型AlGaN，掺杂主要是 Mg 等II族元素
p型接触层：一般采用p型GaN，使之与正电极材 料达到良好的欧姆接触。
透明导电层：为了将电流有效地分散以达到均 匀发光，避免所发的光被p型金属电极衰减。
LED芯片结构特征 之 单电极
N-electrode
pad ITO contact layer
一、光刻技术
1、定义：
在半导体制造中利用光学-化学反应原理和化学、物 理刻蚀方法，将图形传递到单晶表面或介质层上，形成有 效图形窗口或功能图形的工艺技术。
2、掩模 在薄膜、塑料或玻璃基体材料上制作各种功能图形并
精确定位，以便用于光致抗蚀剂涂层选择性曝光的一种结 构。 3、光刻胶
包含有光敏材料，涂覆在衬底上，通过掩模曝光产生 与掩模相同的图案。分为正胶和负胶。
第十章 LED芯片制造技术
本章主要介绍LED芯片制造工艺流程和制造技术。
国内外芯片公司介绍
国内(部分)LED Chip Company
所在城市 上海
深圳 广州 南昌 厦门
公司名称 蓝宝
蓝光科技 大晨
世纪晶源 方大 普光
联创光电 晶能 三安 晶宇
所在城市
武汉
杭州 廊坊 石家庄 扬州 大连 济南
公司名称 华灿 元茂 迪源
4、光刻工艺流程
二、扩散
扩膜后,正视图
测试分检
总的来说，LED制作流程分为两大部分： 1、首先在衬低上制作氮化鎵（GaN）基的外延片，这个过程
主要是在金属有机化学气相沉积外延片炉(MOCVD)中完成的。准 备好制作GaN基外延片所需的材料源和各种高纯的气体之后，按 照工艺的要求就可以逐步把外延片做好。
常用的衬底主要有蓝宝石、碳化硅和硅衬底，还有GaAs、 AlN、ZnO等材料。
士兰明芯 清芯 立德
华夏集成 路美 华光
蓝光LED芯片基本结构
衬底层：一般为蓝宝石或SiC，目前研究最热的 是Si衬底。
n型氮化镓层：GaN的n型掺杂比较简单，掺杂源 为IV族元素Si、Ge、Se等
发光层：为p型或者n型含铟的氮化镓，或非掺 杂的氮化铟镓，可通过改变发光杂质的种类来 改变禁带宽度，从而改变发出光的波长。
芯片基本结构:金属衬底、垂直结构
N-GaN
InGaN/GaN MQW
P-GaN Transparent ohmic cAogntRacetflector
Cu Heat Sinking
LED芯片结构特征 之 单电极
芯片基本结构:SiC 垂直结构
LED芯片结构特征 之 双电极
GaN-LED芯片的基本结构