LED復(fù)習(xí)資料講義

二——LED.PPT

1、什么是半導(dǎo)體照明（固態(tài)（gシ面）照明）,半導(dǎo)體照明是第幾代照明光源,又

是第幾代電光源?

（1）用半導(dǎo)體材料制作（zhizuO）白光LED稱為固態(tài)照明。

（2）第四代（3）第三代

2、LED產(chǎn)業(yè)的上游、中游和下游（xidyGu洛做哪些工作?

（1）上游:材料生長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);（2）中游:芯片制備;（3）下游:封

裝。

3、什么是等電子中心（等電子陷阱）?什么的材料的發(fā)光是基于這種物理效應(yīng)?

（1）等電子中心指半導(dǎo)體中的一種深能級(jí)雜質(zhì)產(chǎn)生的ー種特殊的束縛態(tài),有

時(shí)在禁帶中可產(chǎn)生起陷阱作用的深能級(jí),故又稱為“等電子陷阱”。

（2）GaP系和GaAsP系是基于這種物理效應(yīng)。

4、半導(dǎo)體材料能制作成發(fā)光芯片的要求和性能提升的原因是什么?

（1）要求:制作低缺陷的高質(zhì)量薄膜;控制p型和n型的電子傳導(dǎo)性;制作

高效的發(fā)光結(jié)構(gòu)。

（2）原因:材料生長(zhǎng)的改進(jìn);摻雜的改進(jìn);結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。（pn結(jié)ー異質(zhì)結(jié)ー-

雙異質(zhì)結(jié)ー量子阱）

5、目前,AlGaAs（填材料）適用于高亮度紅光和紅外LED。AlGalnP適用

于高亮度紅、橙、黃及黃綠LED。GalnN適用于高亮度深綠、藍(lán)、紫和紫外

LED〇

三ー——LED.PPT

1、在半導(dǎo)體中電子分布須遵循哪些基本原則和規(guī)則?

（1）最低能量原理:先填充低能級(jí)軌道,使原子系統(tǒng)能量最低;

（2）泡利不相容原理:每個(gè)軌道最多容納兩個(gè)自旋相反的兩個(gè)電子;

（3）洪德規(guī)則:能級(jí)簡(jiǎn)并的軌道上,電子盡可能自旋平行地分占不同的軌

道；全填滿、半填滿和全空狀態(tài)比較穩(wěn)定。

2、直接帶隙和間接帶隙半導(dǎo)體有哪些區(qū)別?并分別給出ー個(gè)實(shí)際的例子。

（1）直接帶隙:（a）價(jià)帶極大值和導(dǎo)帶極小值都位于k空間的原點(diǎn);（b）價(jià)帶的

電子躍遷到導(dǎo)帶時(shí),只要求能量的改變,而電子的準(zhǔn)動(dòng)量不發(fā)生變化,稱為直

接躍遷⑹直接躍遷對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體材料稱為直接禁帶半導(dǎo)體。例子:GaAs,

GaN,ZnO

（2）間接帶隙:（a）價(jià)帶的極大值和導(dǎo)帶的極小值不位于k空間的原點(diǎn)上;（b）

價(jià)帶的電子躍遷到導(dǎo)帶時(shí),不僅要求電子的能量要改變,電子的準(zhǔn)動(dòng)量也要改

變,稱為間接躍遷;（c）間接躍遷對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體材料稱為間接禁帶半導(dǎo)體。例

子:Si,Ge

3、什么是直接躍遷和間接躍遷?他們有哪些（n百xi。）區(qū)別?

（1）價(jià)電子躍遷到導(dǎo)帶時(shí)只要求能量改變而準(zhǔn)動(dòng)量（dbnglidng）不變,稱為直

接躍遷;

價(jià)電子躍遷（yuCqidn）到導(dǎo)帶時(shí),能量和準(zhǔn)動(dòng)量同時(shí)發(fā)生變化,稱為間接躍

遷。

（2）區(qū)別：（a）間接躍遷準(zhǔn)動(dòng)量也發(fā)生變化;

(b)單純的光躍遷過(guò)程是直接躍遷,效率高;

(c)間接躍遷必須有聲子參與,使能量守恒,故發(fā)生概率要小的多。

4、電子和空穴在允帶能級(jí)上的分布遵守費(fèi)米一狄拉克分布。能量為E能級(jí)電

子占據(jù)的幾率為/(￡)=

3鬻)

1、白熾燈的發(fā)光效率是8~151m/W左右,普通T-8鹵素?zé)晒鉄艄庑Э蛇_(dá)皿/

W,T-5高效熒光燈可以達(dá)到80Im/W,LED光效可達(dá)2001m/w。

2、電子和空穴復(fù)合可分為ニ類:ー是伴隨著光的輻射的復(fù)合,稱為:輻射復(fù)

合。ー類是不伴隨光的輻射,稱為非輻射復(fù)合。

3、兩種發(fā)光的復(fù)合，ー種發(fā)射的光是多方向的,稱為自發(fā)輻射,ー種發(fā)射的

光方向一致,稱為受激輻射。

4、電致發(fā)光的定義?

答:是某些物質(zhì)受到外界電場(chǎng)作用而發(fā)光,也就是電能轉(zhuǎn)化為光能的過(guò)程。

5、LED芯片的基本結(jié)構(gòu)包含哪些功能層(用示意圖表示),各功能層的具體

作用是什么?

答:襯底:支撐成長(zhǎng)的單晶薄膜,厚度約300~500um；

摻雜:摻入P(N)型材料,改變磊晶層中主要導(dǎo)電載流子空穴(電子)

的濃度;

發(fā)光層:發(fā)光區(qū),電子與空穴結(jié)合;

緩沖層:緩沖外延層與襯底之間因晶格差異造成的缺陷。(圖p35_ppt)

6、用能帶理論解釋LED發(fā)光的基本原理。并給出相應(yīng)的能帶圖。并說(shuō)明LED

的發(fā)光波長(zhǎng)是由什么決定的,給出相應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

答;能帶解釋;半導(dǎo)體中的電子能態(tài)分為導(dǎo)帶與價(jià)帶,二者之間由禁帶隔

開(kāi)。處于導(dǎo)帶中的電子可自由移動(dòng),稱為自由電子；處于價(jià)帶中的電子稱為價(jià)

電子，不能移動(dòng)。當(dāng)價(jià)電子得到足夠的能量離開(kāi)價(jià)帶時(shí)就形成稱為空穴的電子

空位,空穴可以在價(jià)帶中移動(dòng),形成電荷量為+e。當(dāng)半導(dǎo)體中導(dǎo)帶電子密度大

于價(jià)帶空穴密度,稱為n型半導(dǎo)體,反之為p型。N型與p型接觸,形成p_n

結(jié)。

當(dāng)對(duì)p_n結(jié)施加正向偏壓時(shí),由于勢(shì)壘高度降低,價(jià)帶空穴由p區(qū)注入結(jié)

取,導(dǎo)帶電子由n區(qū)注入結(jié)區(qū),二者復(fù)合發(fā)光。發(fā)光波長(zhǎng)由禁帶寬度決定。

A(M?I)=—:--(-p--47_ppt)

遊(eり

7、什么是雙異質(zhì)結(jié)?畫(huà)出相應(yīng)的能帶示意圖,它對(duì)LED有什么影響?為什

么?

答:由寬帶隙的n型和p型半導(dǎo)體夾ー層窄帶隙半導(dǎo)體構(gòu)造的,在激活區(qū)兩

側(cè)兩種半導(dǎo)體的交接層之間形成兩個(gè)異質(zhì)勢(shì)壘,這種勢(shì)壘的結(jié)構(gòu)稱為雙異質(zhì)

結(jié)。(圖p53_ppt)

影響：(1)提高載流子的注入效率(xidolii),從而提高LED效率。

(2)中間ー層的折射率通常較大,輻射的光不但(biidGn)強(qiáng)而且半寬較

窄。

8、什么是量子(liGngzi)阱?量子阱LED有什么優(yōu)勢(shì)?

2

答:由帶寬不同的薄層材料交替生長(zhǎng)在一起,而且窄帶隙薄層被包夾在寬帶

隙材料中間的一種微結(jié)構(gòu),其中窄帶隙勢(shì)阱層的厚度小于電子德布羅意波長(zhǎng),

電子能級(jí)變成分立的量子化能級(jí),該結(jié)構(gòu)為量子阱結(jié)構(gòu)。

優(yōu)勢(shì):（1）閥值電流降低;（2）可通過(guò)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)得到不同的波長(zhǎng)。

9、量子阱和超晶格有什么相同和不同?

答:相同:均為兩種或兩種以上的半導(dǎo)體材料交替生長(zhǎng)出的周期性薄層的微

結(jié)構(gòu)材料。

不同：多量子阱載流子波函數(shù)之間耦合很小,且勢(shì)壘足夠厚;超晶格勢(shì)壘

很薄,勢(shì)壘間耦合強(qiáng)烈。

10、什么是德布羅意波長(zhǎng)?給出其表達(dá)式。

答:一切微觀粒子都具有波粒二象性,具有質(zhì)量m和速度vde運(yùn)動(dòng)粒子也具

有波動(dòng)性,波長(zhǎng)為普朗克常數(shù)與動(dòng)量的比值,即ス=以

11、試計(jì)算InGaN材料理論上的發(fā)光波長(zhǎng)范圍?

解:

"［加門(mén)=0.77。匕酶［G*|=3.42,b=l.43eV

其理論上發(fā)光波長(zhǎng)范圍是333~1689nm（將x=0和x=l分別代入）

四——LED.ppt

1、RGB和CMYK指的是什么,分別給出每個(gè)字母代表的含義?并簡(jiǎn)述他們的

區(qū)別。

答：CMYK指的是印刷的彩色模式,cyan（青色）、magenta（品紅色）、

yellow（黃色）、black（黑色）；RGB是一種發(fā)光的色彩模式,red、green>blue〇

區(qū)別:CMYK是ー種依靠反光的色彩模式,需要外光源；只要在屏幕上顯

示的圖像就是RGB模式的。

2、什么是量子斯塔克效應(yīng)?它如何實(shí)現(xiàn)白光LED?

答:對(duì)原子使用強(qiáng)大的電廠可以改變電子所能吸收的光線波長(zhǎng),這種現(xiàn)象被

稱為斯塔克效應(yīng)。要在原子中產(chǎn)生斯塔克效應(yīng),所需的電壓非常之高以致無(wú)法

在芯片中采用。但在ー些細(xì)薄的材料中,可以產(chǎn)生一種強(qiáng)烈而敏感的斯塔克效

應(yīng),被稱為量子限制斯塔克效應(yīng),這發(fā)生于可以接受的電壓下。很多今日的高

端電訊設(shè)備使用能產(chǎn)生這種效應(yīng)的薄型材料來(lái)在光纖中傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)LED

外延片存在內(nèi)應(yīng)カ時(shí),在量子阱內(nèi)部產(chǎn)生電場(chǎng),由于量子限制斯塔克效應(yīng)輻射

復(fù)合效率會(huì)降低,從而降低器件的內(nèi)量子效應(yīng),我們可能觀察到由于量子限制

斯塔克效應(yīng)引起的主波長(zhǎng)紅移。

3,制作白光LED目前（miiqidn）主流的有哪些方法?各有什么優(yōu)缺點(diǎn)?目前主

要采用的哪種方法?這種主流的方法有什么原理性的缺點(diǎn)?

答:（1）在LED藍(lán)光芯片（xinpidn）上涂覆YAG黃綠熒光粉:

優(yōu)點(diǎn):相當(dāng)（xidngddng）簡(jiǎn)單,便于實(shí)現(xiàn)且效率高,資金投入不太大,因此具

有一定的實(shí)用性。

3

缺點(diǎn):是熒光粉與膠混合后,均勻性較難控制。由于熒光粉易沉淀,導(dǎo)致布

膠不均勻、布膠量不好控制,因而造成出光均勻性差、色調(diào)一致性不好、色溫

易偏離且顯色性不夠理想。

（2）紫外LED+RGB熒光粉:

優(yōu)缺點(diǎn):該種LED的顯色性更好,但目前轉(zhuǎn)換效率較高的紅色和綠色熒光粉

多為硫化物體系。這類熒光粉發(fā)光穩(wěn)定性差、光衰較大,故還沒(méi)批量使用。

（3）三基色合成白光（紅、綠、藍(lán)的比例通常是3：6：1）：

優(yōu)點(diǎn)：只要通過(guò)各色芯片的電流穩(wěn)定、散熱較好,那么這種方法產(chǎn)生的白光

比上述產(chǎn)生的白光穩(wěn)定且制作簡(jiǎn)單。

光衰問(wèn)題：驅(qū)動(dòng)方法要考慮到不同芯片的光衰不一樣。采用不同的電流進(jìn)行

補(bǔ)償,使之發(fā)出的光比例控制在3：6：k這樣可以保持混合的白光穩(wěn)定,從

而達(dá)到理想的效果。

4、除了主流的制作白光LED的方法外,試舉例說(shuō)明其他的制作白光LED的方

法。

答：（1）利用隧道結(jié)制造;（2）利用量子斯塔克效應(yīng);（3）在藍(lán)色LED

上涂敷綠色和紅色熒光粉;（4）用紅、藍(lán)、綠和黃四種芯片混出白光。

五——LED.PPT

1、什么是熒光粉?固體發(fā)光的基本原理是什么?發(fā)光材料的發(fā)光機(jī)理包含哪

三個(gè)基本過(guò)程?

答：所謂熒光粉是指那些可以吸收能量（這些所吸收的能量包括電磁波（含

可見(jiàn)光、X射線、紫外線）、電子束或離子束、熱、化學(xué)反應(yīng)等）,再經(jīng)由能

量轉(zhuǎn)換后放出可見(jiàn)光的物質(zhì),也稱之為熒光體或夜光粉。

固體發(fā)光原理:當(dāng)某種物質(zhì)受到諸如光的照射、外加電場(chǎng)或電子束轟擊等

激發(fā)后,只要該物質(zhì)不會(huì)因此而發(fā)生化學(xué)變化,它總要回復(fù)到原來(lái)的平衡狀

態(tài)。在這個(gè)過(guò)程中,一部分多余的能量會(huì)通過(guò)光或熱的形式釋放出來(lái)。如果這

部分能量是以可見(jiàn)光或近可見(jiàn)光的電磁波形式發(fā)射出來(lái)的,就稱這種現(xiàn)象為發(fā)

光。

三個(gè)基本過(guò)程:激發(fā);能量傳遞（chudndi）;發(fā)光。

2、發(fā)光材料（cdilido）通常包含哪三種功能材料?他們分別起什么作用?

答:基質(zhì)（jizhi）、激活劑和敏化劑;

基質(zhì):某種絕緣體或半導(dǎo)體材料,形成基本的能帶結(jié)構(gòu),對(duì)激發(fā)能量額吸

收起決定性作用。

激活劑：摻雜進(jìn)基質(zhì)的離子或基團(tuán)。通常是高效的發(fā)光中心（稀土離子、

過(guò)度金屬離子）,在基質(zhì)禁帶中形成孤立能級(jí)系統(tǒng),通過(guò)這些能級(jí)產(chǎn)生發(fā)光所

需要的基態(tài)或激發(fā)態(tài)。

敏化劑：摻進(jìn)基質(zhì)的某種離子,起能量傳遞作用,使能量從吸收處傳遞到

發(fā)光中心。

3、發(fā)光材料有哪幾種構(gòu)成形式?

答：（1）多晶或單晶形態(tài)的基質(zhì)材料和激活劑組成（發(fā)光中心）。也可摻入

敏化劑。

（2）只有基質(zhì)材料,利用某種本征缺陷作為發(fā)光中心。

（3）只有基質(zhì)材料,利用本征激子態(tài)或帶邊電子態(tài)產(chǎn)生發(fā)光中心。

4

4、固體發(fā)光一般有哪三種激發(fā)和發(fā)光過(guò)程?每ー種激發(fā)和發(fā)光過(guò)程又包含哪

些具體的發(fā)光形式?

答:(1)發(fā)光中心直接激發(fā)與發(fā)光(過(guò)程了解pll)：(a),自發(fā)發(fā)光;

(b).受迫發(fā)光

(2)基質(zhì)激發(fā)發(fā)光:(a).直接落入發(fā)光中心激發(fā)態(tài)的發(fā)光;(b).淺陷

阱能級(jí)俘獲的電子產(chǎn)生的發(fā)光；(c).深能級(jí)俘獲的電子產(chǎn)生的發(fā)光。

(3)激子吸收引起的激發(fā)和發(fā)光。

5、什么是能量傳遞和能量輸運(yùn)?有哪幾種機(jī)制?

答:能量傳遞:能量傳遞是指某ー激發(fā)中心把激發(fā)能的全部或一部分轉(zhuǎn)交給

另ー個(gè)中。

能量輸運(yùn)：能量輸運(yùn)是指借助電子、空穴、激子等的運(yùn)動(dòng),把激發(fā)能從ー

個(gè)晶體的ー處輸運(yùn)到另ー處的過(guò)程。

機(jī)制:再吸收;共振傳遞;借助載流子的能量輸運(yùn);激子的能量傳輸。

1、熒光和磷光怎么區(qū)分?

答;把物質(zhì)在受激發(fā)時(shí)的發(fā)光稱為熒光；把激發(fā)停止后的發(fā)光稱為磷光。以

10-8S為界,持續(xù)時(shí)間短于10-8S的發(fā)光為熒光,而把持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)于10-8S的發(fā)

光稱為磷光。

2、第二代熒光粉ーー鹵粉,在熒光燈的應(yīng)用中存在哪些缺點(diǎn)?什么是色心?

答:(1)發(fā)光(fagudng)光譜中缺少450nm以下藍(lán)光和600nm以上紅光,使

燈的Ra值偏低。加入一定比例的藍(lán)、紅粉,Ra值可提高,但燈的光效又明顯

下降。

(2)在紫外線185nm作用(zubyOng)下形成了色心,使燈的光衰較大。

色心:在原來(lái)(yudnldi)透明的晶體中產(chǎn)生光學(xué)吸收帶的類原子缺陷和電子

缺陷稱為色心。

3、三價(jià)稀土離子在晶體中的電子躍遷有哪幾種方式?什么是f-f躍遷和f-d躍

遷,它們各有什么特點(diǎn)?

答：4f-4f和4f-5d之間的相互躍遷以及稀土離子與相鄰陰離子間的電荷轉(zhuǎn)移

躍遷。

其中f-f躍遷是宇稱禁戒的。但實(shí)際上可以觀察到這些躍遷產(chǎn)生的光譜,這

是由于在基質(zhì)晶格內(nèi)晶體環(huán)境的影響,這種禁戒會(huì)被部分解除或完全解除,使

電子躍遷有可能實(shí)現(xiàn)。

同時(shí)由于4f殼層電子被5s25p6殼層的8個(gè)電子包圍，4f能級(jí)受外層電子軌道

的屏蔽,使f-f躍遷的光譜受外界晶體場(chǎng)影響較小,譜線表現(xiàn)為尖銳的吸收

峰。

f-d躍遷是因?yàn)?f激發(fā)態(tài)能級(jí)的下限高于5d能級(jí)的下限而使電子躍遷到較高

的5d能級(jí)而產(chǎn)生的電子躍遷。根據(jù)光譜選擇定則,f-d電子躍遷是允許躍遷,

吸收強(qiáng)度比f(wàn)-f躍遷大四個(gè)數(shù)量級(jí)。

4、什么是稀土熒光粉的激活發(fā)光和非激活發(fā)光?各有什么特點(diǎn)?

答:(1)在高溫下向基質(zhì)中摻入激活劑出現(xiàn)雜質(zhì)缺陷,由這種缺陷引起的發(fā)

光叫激活發(fā)光。特點(diǎn)：大部分發(fā)光材料都是屬于激活型的,激活雜質(zhì)即充當(dāng)

發(fā)光中心。

(2)由于發(fā)光材料基質(zhì)的熱歧化作用出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)缺陷所引起的發(fā)光叫做非

激活發(fā)光(或叫自激活發(fā)光)。特點(diǎn):產(chǎn)生這種發(fā)光不需要添加激活雜質(zhì)。

5

5、稀土熒光粉有哪些優(yōu)點(diǎn)?（p47）

答:（1）與一般元素相比,稀土元素4f電子層構(gòu)型的特點(diǎn),使其化合物具

有多種熒光特性。（2）由于稀土元素4f電子處于內(nèi)層軌道,受外層s和P軌

道的有效屏蔽,很難受到外部環(huán)境的干擾,4f能級(jí)差極小,f-f躍遷呈現(xiàn)尖銳的

線狀光譜,發(fā)光的色純度高。（3）熒光壽命跨越從納秒到毫秒6個(gè)數(shù)量級(jí)。

（4）吸收激發(fā)能量的能力強(qiáng),轉(zhuǎn)換效率高。（5）物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,可承受

大功率的電子束、高能輻射和強(qiáng)紫外光的作用。

6、稀土熒光粉有哪些分類方式?

答:（1）按發(fā)光材料中稀土的作用分類:（a）.稀土離子作為激活劑;（b）.稀

土化合物作為基質(zhì)材料。（2）應(yīng)用范圍:照明材料、顯示材料、檢測(cè)材料等

（3）激發(fā)方式:光致發(fā)光材料、陰極射線發(fā)光材料、電致發(fā)光材料、高能量

光子激發(fā)發(fā)光材料、光激勵(lì)發(fā)光材料和熱釋發(fā)光材料等。

7、凡是含有稀土元素的發(fā)光材料都稱為稀土發(fā)光材料。在基質(zhì)中作為發(fā)光中

心而摻入的離子稱為激活劑。

1、熒光粉的一次特性有什么別稱（bi6ch@ng）?包含哪些具體的特性?（p60）

答：別稱（bidchOng）:測(cè)試性能。

①吸收光譜（xlshOuguangp匕）；②激發(fā)光譜;③發(fā)射光譜;④量子效率;⑤

發(fā)光效率;⑥余輝;⑦粒度

2、熒光粉的二次特性有什么別稱?包含哪些具體的特性?

答:別稱：使用性能。

①分散性：熒光粉必須具有良好的分散性,才能得到均勻的涂層。

②穩(wěn)定性：熒光粉的穩(wěn)定性包括熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和耐紫外光輻照穩(wěn)

定性。

③光衰特性：光衰特性指熒光粉的光輸出隨點(diǎn)燃時(shí)間而衰減的性質(zhì)。

3、什么是熒光粉的吸收光譜,激發(fā)光譜,發(fā)射光譜,量子效率,發(fā)光效率和

余輝?

答:①吸收光譜:吸收光譜表示熒光粉吸收能量與輻照光波長(zhǎng)的關(guān)系。

②激發(fā)光譜:熒光粉的激發(fā)光譜表示材料在某種波長(zhǎng)光的激發(fā)下,發(fā)光強(qiáng)

度隨激發(fā)光波長(zhǎng)的變化,反映不同波長(zhǎng)的光對(duì)發(fā)光材料的激發(fā)效果。

③發(fā)射光譜:熒光粉的發(fā)射光譜表示發(fā)光材料的發(fā)光能量與波長(zhǎng)的關(guān)系。

④量子效率:熒光粉所發(fā)射的光子數(shù)與所吸收的激發(fā)光子數(shù)的比值。

⑤發(fā)光效率:熒光粉發(fā)光的光通量與激發(fā)能量之比。

⑥余輝：熒光粉在激發(fā)停止后的發(fā)光。

4、白光LED用熒光粉有哪些特殊要求?

答:①在藍(lán)光、長(zhǎng)波紫外光激發(fā)下,熒光粉產(chǎn)生高效的可見(jiàn)光發(fā)射,其發(fā)射

光譜滿足白光要求,光能轉(zhuǎn)換率高,流明效率高。

②熒光粉的激發(fā)光譜應(yīng)與LED芯片的藍(lán)光或紫外光發(fā)射光譜相匹配。

③熒光粉的發(fā)光應(yīng)具備優(yōu)良的溫度猝滅特性。

④熒光粉的物理、化學(xué)性能穩(wěn)定,抗潮,不與封裝材料、半導(dǎo)體芯片等發(fā)

生作用〇

一⑤熒光粉耐紫外光子長(zhǎng)期轟擊,性能穩(wěn)定。

6

⑥熒光粉的顆粒細(xì),8um以下。

5、什么是溫度猝滅?發(fā)光材料發(fā)生熱猝滅有哪些主要的原因?

答:溫度猝滅也稱為熱猝滅是指對(duì)于各種發(fā)光材料,隨著溫度的上升,其發(fā)

光強(qiáng)度下降,發(fā)射光譜紅移。

原因:主要兩方面:ー是由于溫度的升高,晶格振動(dòng)加劇,從而使發(fā)光中心的

晶格弛豫增強(qiáng),無(wú)輻射躍遷幾率增大,發(fā)光效率降低,這是人們通常所說(shuō)的溫度

特性;ニ是由于溫度升高,使發(fā)光中心的狀態(tài)或周圍的微環(huán)境發(fā)生某種本質(zhì)性變

化,從而降低了發(fā)光效率,即人們通常所說(shuō)的“熱穩(wěn)定性”。

6、為什么熒光燈用久之后(zhihbu)會(huì)變暗?

答：各種商品熒光粉使用在熒光燈上由于長(zhǎng)時(shí)間照射溫度升高,發(fā)生溫度猝

滅,使其熒光性能(xingndng)越來(lái)越低,這就是為什么熒光燈用久之后會(huì)變暗

的原因。

1、通常采用(c百iybng)的黃色熒光粉為鈾激活的鈕鋁石榴石,化學(xué)分子式是(Y3-

x-yGdy)(A15-zGaz)012:Ce3+x,也可以寫(xiě)成YAG:Ce,其中YAG為基質(zhì),Ce

為激活劑。

2、簡(jiǎn)述制備YAG熒光粉的方法。目前工業(yè)主要采用哪種方法?

答：(1)高溫固相法;(2)溶膠ー凝膠法(sol-gel)；(3)燃燒合成法;

(4)噴霧熱解法;

(5)化學(xué)共沉淀法。目前主要采用高溫固相法。

3、為了改善白光LED的色度學(xué)質(zhì)量,常采用稀土激活硫化物紅色熒光材料和

純綠色稀土激活的鋁酸鹽熒光粉。(pl21)

六——LED.PPT

1、簡(jiǎn)述LED發(fā)光管的制作流程。

答:(1)襯底材料生長(zhǎng)或購(gòu)買襯底；(2)LED結(jié)構(gòu)M0CVD生長(zhǎng)；(3)

芯片加工；

(4)芯片切割;(5)器件封裝。

2、常用的藍(lán)綠光LED襯底有哪些,各有什么優(yōu)缺點(diǎn)?

答:(1)藍(lán)寶石(A1203)：.(a)生產(chǎn)技術(shù)成熟、器件質(zhì)量較好;

(b)穩(wěn)定性很好,能夠運(yùn)用在高溫生長(zhǎng)過(guò)程中;

(c)機(jī)械強(qiáng)度高,易于處理和清洗。

(d)難加工。

(2)硅(Si):硅是熱的良導(dǎo)體,所以器件的導(dǎo)熱性能可以明顯改善,從

而延長(zhǎng)了器件的壽命。硅的原材料豐富,工藝水平完善,具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)。

(3)碳化硅(SiC):優(yōu)點(diǎn):碳化硅的導(dǎo)熱系數(shù)為490W/m?K,要比藍(lán)寶

石襯底高出10倍以上。缺點(diǎn)：碳化硅制造成本較高,實(shí)現(xiàn)其商業(yè)化還需

要降低相應(yīng)的成本。

3、畫(huà)出藍(lán)寶石的切面視圖,標(biāo)注C面、A面、M面和R面,并指出晶面指

數(shù)。(作業(yè)本)

4、常用的藍(lán)寶石襯底有哪些?各有什么特點(diǎn)?

答:(1)C-Plane藍(lán)寶石基板:這是廣大廠家普遍使用的供GaN生長(zhǎng)的藍(lán)寶

石基板面,工藝成熟、成本相對(duì)較低、物化性能穩(wěn)定,在C面進(jìn)行磊晶的技術(shù)成

熟穩(wěn)定.

7

(2)R-Plane或M-Plane藍(lán)寶石基板:主要用來(lái)生長(zhǎng)非極性/半極性面GaN

外延薄膜,以提高發(fā)光效率。通常在藍(lán)寶石基板上制備的GaN外延膜是沿c軸

生長(zhǎng)的,而c軸是GaN的極性軸,導(dǎo)致GaN基器件有源層量子阱中出現(xiàn)很強(qiáng)

的內(nèi)建電場(chǎng),發(fā)光效率會(huì)因此降低,發(fā)展非極性面GaN外延,克服這一物理現(xiàn)

象,使發(fā)光效率提高。

(3)圖案化藍(lán)寶石基板(PatternSapphireSubstrate簡(jiǎn)稱PSS)：以成長(zhǎng)

(Growth)或蝕刻(Etching)的方式,在藍(lán)寶石基板上設(shè)計(jì)制作出納米級(jí)特定規(guī)則的

微結(jié)構(gòu)圖案藉以控制LED之輸出光形式(xingshi),并可同時(shí)減少生長(zhǎng)在藍(lán)寶

石基板上GaN之間的差排缺陷,改善磊晶質(zhì)量,并提升LED內(nèi)部量子效率、

增加光萃取效率。

1、目前,生長(zhǎng)(shOngzhing)單晶硅的方法主要有直拉法、區(qū)熔法和外延(wGiydn)

法。

2、直拉法生長(zhǎng)單晶硅要經(jīng)過(guò)熔料、弓I晶、縮頸、放肩、等徑生長(zhǎng)和收尾六個(gè)

階段。

七一LED.PPT

1、水平結(jié)構(gòu)LED芯片和垂直結(jié)構(gòu)LED芯片在結(jié)構(gòu)上有什么區(qū)別?同水平結(jié)構(gòu)

LED芯片相比,垂直LED芯片有哪些優(yōu)勢(shì)?

答:水平結(jié)構(gòu)LED芯片的兩個(gè)電極在LED芯片的同一側(cè),電流在n一和pー類

型限制層中橫向流動(dòng)不等的距離。垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片的兩個(gè)電極分別在

LED外延層的兩側(cè),由圖形化電極和全部的pー類型限制層作為第二電極,使得

電流幾乎全部垂直流過(guò)LED外延層,極少橫向流動(dòng)的電流,可以改善平面結(jié)構(gòu)

的電流分布問(wèn)題,提高發(fā)光效率,也可以解決P極的遮光問(wèn)題,提升LED的發(fā)

光面積。

2、簡(jiǎn)述制作垂直LED芯片的方法。

答：(1)采用碳化硅基板生長(zhǎng)GaN薄膜,優(yōu)點(diǎn)是在相同操作電流條件下,

光衰少、壽命長(zhǎng),不足處是硅基板會(huì)吸光。

(2)利用芯片黏合及剝離技術(shù)制造。優(yōu)點(diǎn)是光衰少、壽命長(zhǎng),不足處是須

對(duì)LED表面進(jìn)行處理以提高發(fā)光效率。

(3)采用異質(zhì)基板如硅基板成長(zhǎng)氮化線LED磊晶層,優(yōu)點(diǎn)是散熱好、易加

エ。

1、什么是液相外延、氣相外延和分子束外延?

答：(1)液相外延(LiquidPhaseEpitaxy)：

采用從溶液中再結(jié)晶原理的外延生長(zhǎng)方法稱液相外延;

(2)氣相外延(VaporPhaseEpitaxy)：

使化學(xué)氣體中半導(dǎo)體成分結(jié)晶在襯底表面,從而生長(zhǎng)出半導(dǎo)體層的過(guò)

程;

(3)分子束外延(MolecularBeamEpitaxy)：

在超高真空條件下精確控制原材料的分子束強(qiáng)度,并使其在加熱的基片

上進(jìn)行外延生長(zhǎng)的一種技術(shù)。

2、外延生長(zhǎng)有哪些顯著優(yōu)點(diǎn)?

8

答:(1)外延生長(zhǎng)中,外延層中的雜質(zhì)濃度可以方便地通過(guò)控制反應(yīng)氣流

中的雜質(zhì)含量加以調(diào)節(jié),而不依賴于襯底中的雜質(zhì)種類與摻雜水平。

(2)外延(wdiydn)生長(zhǎng)可以選擇性的進(jìn)行生長(zhǎng),不同材料的外延生長(zhǎng),不

同成分的外延生長(zhǎng),這對(duì)于器件的制備尤為重要。

(3)一些半導(dǎo)體材料目前只能(zhin@ng)用外延生長(zhǎng)來(lái)制備,如GaN.

3、簡(jiǎn)述(jidnshii)氣相外延生長(zhǎng)(VPE,vaporphaseepitoxy)的原理。

答:是讓生長(zhǎng)原材料以氣體或電漿粒子的形式傳輸至芯片表面,這些粒子在

失去部份的動(dòng)能后被芯片表面晶格吸附(Adsorb),通常芯片會(huì)以熱的形式提供

能量給粒子,使其游移至晶格位置而凝結(jié)(Condensation)。(在此同時(shí)粒子和晶

格表面原子因吸收熱能而脫離芯片表面稱之為解離)

4、簡(jiǎn)述化學(xué)氣相沉積(CVD)的優(yōu)點(diǎn)。

答：準(zhǔn)確控制薄膜的組分和摻雜水平、可在復(fù)雜的襯底上沉積薄膜、不需要

昂貴的真空設(shè)備、高溫沉積可改善結(jié)晶完整性、可在大尺寸基片上沉積薄膜。

1、什么是MOCVD(metalorganicchemicalvapordeposition)?它有哪些特

點(diǎn)?

答：是ー個(gè)將特定的源材料通過(guò)一系列嚴(yán)格控制,傳輸?shù)郊訜嵘L(zhǎng)區(qū),在此生

長(zhǎng)區(qū),源材料熱分解后的元素化合形成具有一定光、電性能的晶體材料。

特點(diǎn)：(1)適應(yīng)性強(qiáng),可以生長(zhǎng)大部分化合物半導(dǎo)體材料;

(2)可通過(guò)精確控制各種氣體的流量來(lái)控制外延層的組分,電學(xué)和光

學(xué)性質(zhì);

(3)可以生長(zhǎng)原子級(jí)的超薄層以及多層、異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料,超晶格,量

子阱等微結(jié)構(gòu)材料

(4)可生長(zhǎng)大面積均勻薄膜,膜的均勻性和電學(xué)性重復(fù)性較好,易于

產(chǎn)業(yè)化;

(5)MOCVD介于LPE和MBE二者之間(速率、純度)。

2、在MOCVD中,基本的化學(xué)反應(yīng)方程式是?

答：ARn+BHn-AB+nRH

A、B是組成外延材料的元素,R是有機(jī)基團(tuán)。

例:(CH3)3Ga(g)+AsH3(g)->GaAs(s)+3CH4(g)

(C2H5)3Ga(g)+(C2H5)3P(g)+3H2(g)->GaP(s)+6C2H6(g)

3、目前半導(dǎo)體芯片生長(zhǎng)普遍采用的生長(zhǎng)技術(shù)是MOCVD技術(shù)。

八一LED.PPT

1、芯片工藝的作用是什么?

答:(1)芯片加工:從外延片(wafer)形成LED芯片(chip),如電極制作

等;

(2)芯片切割:將LED芯片從外延(wdiydn)片上分開(kāi)。

2、芯片工藝包含哪些部分(biifen)?每個(gè)部分各包含哪些具體的工藝流程?

答：前エ藝(gOngyi)、后エ藝、點(diǎn)測(cè)分選三部分。

(1)前エ藝:外延片上做成一顆顆晶粒;

(2)后エ藝:后エ藝是將前工藝做成的含有數(shù)目眾多管芯的晶片減薄,然

后用激光切割成一顆顆獨(dú)立的管芯。

(3)點(diǎn)測(cè)分選;(a)點(diǎn)測(cè)大圓片或方片上每ー顆晶粒電性和光學(xué)性能;

9

（b）將大圓片按照條件表分成規(guī)格一致的方片;

（c）吸除外觀不良部分,并貼上標(biāo)簽

3、試計(jì)算半徑為2in的大圓片切成尺寸為20mil的芯片,能切多少個(gè)?

解:R=2in=2000milS=pi*RA2d=20mil

s=dA2n=S/s=3.14*2000人2/400=31400（顆）

九一LED.PPT

1、為什么要對(duì)LED進(jìn)行封裝?

答:（1）保護(hù)芯片;（2）完成電氣互聯(lián);（3）滿足電學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)的技

術(shù)參數(shù)

2、小功率LED芯片有哪些封裝方式?

答:引腳式封裝;平面式封裝;表面貼裝式（SMDLED）；食人魚(yú)封裝

（PiranhaLED）〇

3、引腳式封裝的步驟?引腳式封裝中環(huán)氧樹(shù)脂有什么作用?

答:（1）將邊長(zhǎng)0.25mm的正方形管芯粘結(jié)或燒結(jié)在支架上;

（2）芯片的正極用金屬絲鍵合連到另一引線架上;

（3）負(fù)極用銀漿粘結(jié)在支架反射杯內(nèi)或用金絲和反射杯引腳相連；

環(huán)氧樹(shù)脂的作用:（1）保護(hù)管芯等不受外界侵蝕；（2）采用不同的形狀

和材料性質(zhì)（摻或不摻散色劑）起透鏡或漫射透鏡功能,控制光的發(fā)散角。

4、引腳式封裝和食人魚(yú)封裝各有什么優(yōu)點(diǎn)?

答:引腳式:

食人魚(yú)封裝:（1）銅制支架,面積較大,因此傳熱和散熱快;（2）食人

魚(yú)LED比63mm、65mm引腳式的管子傳熱快,從而可以延長(zhǎng)器件的使用壽

命。

5、SMD貼片式封裝的流程?

答:PCB清潔、點(diǎn)膠、固晶、焊線、封裝、切割和入庫(kù)。

1、倒裝封裝為什么能提高LED的出光效率?

答:光線由一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),入射光一部分被折射,另一部分被

反射。

若光線由光密介質(zhì)（折射率nl）射向光疏介質(zhì)（折射率n2）,當(dāng)入射角

（il）大于全反射臨界角（ic）時(shí),折射光線消失,光線全部被反射。ic=Sin-

ln2/nl,n2<nl,若n2與nl的數(shù)值相差越大,則全反射臨界角（ic）越小,

光線越容易發(fā)生全反射現(xiàn)象。

2、簡(jiǎn)述（jidnsh口白光LED封裝的一般工藝流程。

答:固晶、固晶烘烤、焊線、熒光粉涂布、熒光粉烘烤、透鏡安裝/灌膠成

型、膠體烘烤、半切、初測(cè)、二切、測(cè)試（cもshi）分檔、檢查包裝。

3、照明用的LED有哪些特殊（怕shU）的要求?

答:①更高的發(fā)光效率；②更高的單燈光通量;③更好的光學(xué)特性（光指

向性、色溫、顯色性等）；④更大的輸入功率；⑤更高的可靠性（更低的失

效率、更長(zhǎng)的壽命等）；

⑥更低的光通量成本。

4、提高LED的發(fā)光效率有哪些方法?

〇

答:①提高芯片的發(fā)光效率;②將芯片發(fā)出的光有效地萃取出來(lái);③將萃

取出來(lái)的光高效地導(dǎo)出LED管體外;④提高熒光粉的激發(fā)效率（對(duì)白光）；

⑤降低LED的熱阻。

5、提高LED單燈光通量和輸入功率的途徑有哪些?

答:（1）在輸入功率一定的前提下,提高LED的發(fā)光效率；（2）采用大

面積芯片封裝LED,加大工作電流；（3）采用多芯片高密度集成化封裝功率

型LED〇

6、LED在封裝之前,一般需要檢驗(yàn),主要是檢驗(yàn)?zāi)男﹥?nèi)容?

答:（1）是否有機(jī)械損傷及麻點(diǎn)；（2）芯片尺寸及電極大小是否符合エ藝

要求；（3）電極圖案是否完整。

7、目前改善白光LED在低色溫區(qū)的顯色性的主要方法有哪些?

答;①盡量選用短波長(zhǎng)的藍(lán)色芯片（入D<460nm）；

②分析白光LED發(fā)光譜線的缺陷,選用含可彌補(bǔ)這些缺陷的物質(zhì)的合適的

熒光粉；

③改善熒光粉的涂布技術(shù),保證熒光粉得到充分而均勻的激發(fā)；

④采用其它具有顯色性優(yōu)勢(shì)的白光生成技術(shù)路線。

+-LED.PPT

1、LED的IV曲線具有單向?qū)щ娦院头蔷€性特性。

2、小功率LED的正向電壓是正向電流在めA時(shí)的電壓。大功率LED的正向

電壓通常是是正向電流在350mA的電壓。

3、名詞解釋

（1）LED的點(diǎn)亮?xí)r間；指接通電源使發(fā)光亮度達(dá)到正常的10%開(kāi)始,一直

到發(fā)光亮度達(dá)到正常值的90%所經(jīng)歷的時(shí)間。

（2）LED的熄滅時(shí)間;指正常發(fā)件的散熱能力差。

光減弱至原來(lái)的10%所經(jīng)歷的時(shí)間。4、通過(guò)哪些方法可以降低LED的結(jié)

H-一-LEDJ?PT溫?

1、什么是熱阻,它的數(shù)學(xué)表達(dá)式如答:（1）減少LED本身的熱阻;

何?（2）控制額定輸入功率；（3）減少

答;指反映阻止熱量傳遞能力的綜LED與二次散熱機(jī)構(gòu)安裝介面之間的

合參量（單位:C/W）,即物體持續(xù)熱阻；（4）良好的二次散熱機(jī)構(gòu)；

傳熱功率為1W時(shí),導(dǎo)熱路徑兩端的（5）降低環(huán)境溫度。

5、熱傳遞方式有哪些?在LED主要

溫差。n_AアーT廠Ta考慮哪些熱傳遞方式?為什么?

3Po答;熱對(duì)流、熱傳導(dǎo)和熱輻射。

2、熱量（rMiGng）對(duì)LED有哪些（ndxi。）LED主要考慮熱傳導(dǎo).

影響?從熱能分析,假設(shè)マ=發(fā)散功率

（1）發(fā)光強(qiáng)度降低；（2）發(fā)光主波（Pd）=VfXIf,而且Vf和If相對(duì)變

長(zhǎng)偏移；（3）嚴(yán)重（ydnzhbng）降低化比較小,所以主要從熱傳導(dǎo)考慮

LED的壽命,加速LED的光衰。（p38）

3、LED的結(jié)溫上升的原因有哪些?6、什么是帕爾帖效應(yīng)?它的機(jī)理是

答:（1）元件不良的電極結(jié)構(gòu)；什么?

（2）P—N結(jié)的注入效率不完美；答:帕爾貼效應(yīng);

（3）出光效率的限制;（4）LED元機(jī)理：由于接觸電位差的存在,

11

使通過(guò)結(jié)合處的電子經(jīng)歷電位突變,4.眩光的分類:1.直接眩光3.光幕眩

當(dāng)接觸電位差與外電場(chǎng)同向時(shí),電場(chǎng)光2,反射眩光

カ做功使電子能量增加。同時(shí),電子4、照明設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下的主要因素

與晶體點(diǎn)陣碰撞將此能量變?yōu)榫w內(nèi)