led綜述·····

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1、1.LED照明的發(fā)展歷程自19世紀(jì)愛迪生研制成功世界上第一只實(shí)用白熾燈電光源以來，隨著科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，各種人造電光源技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，電光源技術(shù)經(jīng)歷了第一代以白熾燈為代表的熱輻射電光源、第二代以熒光燈為代表低壓氣體放電電光源、第三代以高壓鈉燈為代表的高壓氣體放電電光源和第四代以LED燈為代表的固體電光源的變遷。LED照明具有節(jié)能、環(huán)保、安全、體積小、長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)，在政府政策的扶持和技術(shù)取得重大突破的情況下，LED照明呈現(xiàn)出主導(dǎo)未來照明的不可逆勢(shì)態(tài)。1907年，Round[1]年報(bào)道在SiC上發(fā)現(xiàn)了LED。而后，經(jīng)過不懈的研究和探索，在1

2、962年NickHolonyak,Jr.做出了世界上第一只LED,1965年采用砷化鎵磷化物生產(chǎn)出了第一個(gè)商用紅光LED，LED開始商業(yè)化初始發(fā)展。M.GeorgeCraford在1972年做出了第一只黃光LED。在七十年代中期采用磷化鎵生產(chǎn)出了第一只綠光LED?！?】1993中村修二在日本日亞化學(xué)工開發(fā)出了基于GaN高亮度藍(lán)光LED【2】。中村修二創(chuàng)新使得LED生產(chǎn)商能夠生產(chǎn)三原色（紅、綠和藍(lán)）LED成為可能。1996年，LED行業(yè)利用這種新技術(shù)來開始白光LED的商業(yè)化生產(chǎn)。融合紅綠藍(lán)LED或涂有熒光粉的藍(lán)光LED，制造出白光LED是一項(xiàng)充滿

3、希望的高效常規(guī)照明技術(shù)。1999年，安捷倫的前任技術(shù)科學(xué)家羅蘭·海茲（RolandHaitz）從1965年LED商業(yè)化至1999年的30年發(fā)展歷程觀察得出：LED的價(jià)格每10年將降為原來的1/10，性能則提高20倍。提出了關(guān)于LED發(fā)展的海茲定律【3】，給LED的發(fā)展留出很大的想象空間。實(shí)際工作中得出的結(jié)論與預(yù)測(cè)如圖1所示【2】，能很好的和海茲定律吻合。圖1.羅蘭·海茲定律預(yù)測(cè)與實(shí)際結(jié)論2.LED工作原理發(fā)光二極管其核心是PN結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的特性，即正向?qū)?，反向截止、擊穿特性。在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。

4、如圖2所示，假設(shè)發(fā)光是在P區(qū)中發(fā)生的，那么注入的電子與價(jià)帶空穴直接復(fù)合而發(fā)光，或者先被發(fā)光中心捕獲后，再與空穴復(fù)合發(fā)光，光子能量大小決定了光波波長(zhǎng)，該過程稱之為輻射符合。除了這種發(fā)光復(fù)合外，還有些電子被非發(fā)光中心（這個(gè)中心介于導(dǎo)帶、介帶中間附近）捕獲，而后再與空穴復(fù)合，每次釋放的能量不大，不能形成可見光，而是形成熱，該過程稱之為非輻射復(fù)合。圖2.電子與空穴復(fù)合過程3.LED產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)LED的產(chǎn)業(yè)鏈劃分為以下環(huán)節(jié)：襯底、外延、芯片、封裝、LED驅(qū)動(dòng)及燈具。2.1襯底材料襯底材料是為了降低在其上生長(zhǎng)的LED薄膜器件的晶體缺陷密度的一個(gè)載體，其選擇最

5、主要考慮因素是其晶格常數(shù)與LED器件所用材料的匹配性，包括晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)，兩者越接近就越有可能生長(zhǎng)出好的LED器件，反之，其內(nèi)生缺陷密度就不能降低。如果晶格不匹配，會(huì)影響芯片的透光性和散熱性能。目前用的襯底材料有：藍(lán)寶石、SiC、Si襯底、GaN襯底和其他襯底材料。2.1.1藍(lán)寶石藍(lán)寶石價(jià)格適中，并且透光性能良好，但是由于其晶格常數(shù)和GaN的晶格常數(shù)不匹配，如果直接在其上生長(zhǎng)GaN薄膜，就會(huì)導(dǎo)致晶體缺陷密度高，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量性能。后來，中村修二通過改進(jìn)外延設(shè)備，在生長(zhǎng)活性外延層前，先生長(zhǎng)AlN外延作為緩沖層，同時(shí)解決P型摻雜問題后，才

6、使得基于藍(lán)寶石襯底生產(chǎn)藍(lán)光LED的技術(shù)得到質(zhì)的飛躍?，F(xiàn)在，藍(lán)寶石成為被最廣泛采用的LED襯底材料。目前，藍(lán)寶石襯底需要做的是：擴(kuò)大藍(lán)寶石襯底可生產(chǎn)尺寸，提高基于藍(lán)寶石襯底材料LED的發(fā)光效率。研究工作重點(diǎn)集中在改變藍(lán)寶石襯底的表面形狀，從而提高出光率。2.1.2SiCSiC與GaN基材料晶格系數(shù)失配小，導(dǎo)熱性能好，所以用SiC生產(chǎn)的LED器件技術(shù)簡(jiǎn)單，并且導(dǎo)熱性能和透光性能較好。但是SiC晶體成本高，并且專利技術(shù)被美國的Creel壟斷，所以進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域的門檻極高。2.1.3GaN襯底對(duì)于GaN基LED而言，最好選擇采用GaN晶體作為其同質(zhì)襯底材

7、料，這樣可以避免異質(zhì)結(jié)外延所帶來的晶格缺陷，從而提高LED器件的可靠性與發(fā)光效率、和散熱性能。但是現(xiàn)在生產(chǎn)GaN單晶材料的生長(zhǎng)極為困難，所以目前研究GaN晶體生長(zhǎng)的工作比較多。2.2外延外延是LED器件核心，增加LED發(fā)光所需要的PN活性層多重量子阱結(jié)構(gòu)，消除外延材料和襯底材料間晶格失配所帶來的應(yīng)力，以及為提高出光效率所做出的主要努力都集中在這一環(huán)節(jié)。研究外延層主要還是為了提高出光效率。目前主要有以下兩種方法。一是生長(zhǎng)非極化面外延材料，可以避免材料內(nèi)在極化電場(chǎng)存在時(shí)引入晶格缺陷及其帶來的缺陷復(fù)合，從而可以增大有效光復(fù)合幾率，提高LED器件內(nèi)量子

8、效率。二是通過控制生長(zhǎng)過程缺陷、晶體取向等控制，降低外延層缺陷，從而提高LED輸出功率。2.3LED芯片芯片是LED的核心，它的內(nèi)部量子效率的高低直接