（一）目前半导体照明应用的现状：
（1）国外应用：目前主要应用于广告灯、圣诞彩灯、功能灯（LED电筒、旅游头灯）、太阳能草坪庭院灯等等。另外，在加拿大，已经出现利用大功率LED照明的路灯；在美国，LED 照明大量应用于游艇、赌场、游乐场；在日本，LED照明大量应用于医院、商店招牌、橱窗展示。在西欧，半导体已大量进入家庭照明，包括节庆假日，家具装饰等等。
（2）国内应用：目前照明应用主要还是应用于城市景观工程，如上海震旦大厦、东方明珠等。纵观国内照明厂家，生产的产品主要还是以景观灯为主（护栏灯、地砖灯、水底灯、地埋灯等等）。
总之，国外LED照明主要以民用为主，城市景观照明较少。而国内LED照明主要还是应用于城市景观工程。
造成国内外应用的差异的主要原因：
（1）国内外经济发展水平的差距，造成居民购买力不一样。对于目前售价高达USD5-8的 LED光源（LED灯泡），国内居民很难接受。但是目前市政亮化工程往往是各级政府的形象工程，大都不计成本舍得投入。
（2）国内外节能环保意识的差距，国内居民对半导体照明没有基本概念，还没有认识到LED照明可能会带来的巨大利益。
（二）国内外企业发展现状：
（1）国外：照明应用厂家，如OSRAM在推广他的发光模组，希望能广泛应用于家居照明，家具装饰照明，美国GE公司也推出LED发光广告字条，希望能替代霓虹灯，应用于商店招牌和企业LOGO。英国Colorkenetics的LED室内灯具主要应用于舞台灯光设计，宾馆酒店的内部装潢。
（2）国内：照明应用厂家，如上海飞利浦公司利用其照明行业的经验，大力发展LED照明灯具，开发了一系列生产的适合LED发光特性的灯具产品，目前在大功率LED 应用上，走在国内同行的前列；还有上海来源公司，该公司产品以LED光源为主，在日本，美国等国家申请了专利，已申请了日本S-Mark，CE等安全认证。该公司的LED光源产品出口到日本，主要以交通指示器材，商店招牌字为主，例如日本一些大型连锁店招牌装饰LED广告灯，日本的高速公路上的LED交通指示标志。同时在国内，该公司也为一些国内大型景观亮化工程提供LED灯饰产品。
优劣比较：
（1）技术差距：目前LED光效与真正走向主照明尚有距离，照明级LED应该向大功率白光发展，这也是国外厂家与国内厂家的技术差距。国外厂家主要是lumileds和OSRAM公司，国内还有些台湾厂家产品，但在产品的一致性和稳定性与前者存在较大差距。
（2）灯具及光学性能：我们目前的绝大多数LED灯饰仅仅是传统灯具＋LED发光模块。由于目前LED灯具产品主要应用于景观照明，对于其光学特性，配光曲线均不需要考虑，对于灯具就考虑的更少。而许多国外的厂家从LED发光特性角度出发，为LED光源专门设计不同的灯具。
（3）国内厂商的主要优势仍旧体现在劳动力成本低，产业链的配套较齐全，适合大规模生产LED照明灯饰。
（三）国内LED照明企业的发展方向
（1）近年来全球光源和灯具的生产已经有向中国大陆转移生产的趋势，加上普通小功率LED封装厂也大都集中在中国。从整个产业链发展角度来说，目前中国存在叠加效应。国内企业应该结合大规模灯具加工生产的优势，力争在光学系统设计和灯具设计上取得突破，发挥资源整合优势，成为全球LED照明行业的加工中心。
（2）根据我们的经验，国外客户对LED光源产品还是非常感兴趣的，由于价格以及LED
光效的限制，真正意义的LED照明产品尚未出现。因此目前可以发展一些特殊用途的LED 应用，如广东省的LED圣诞灯串，浙江省的LED手电筒，这些都是在与当地传统的圣诞灯和手电筒行业相结合，这是目前国内LED照明发展最成功的两个行业。如何能结合企业的自身优势，寻找细分市场，发展特殊用途。
（3）电源及控制电路的设计，电源方面要改变目前普遍使用的电容降压和阻抗分压的应用方式，设计出合理的小电流恒流源电路，解决LED的电流控制问题，提高LED灯具的稳定性。在控制电路电路设计方面，要向集中控制，标准模块化，系统可扩展性三方面发展。在目前LED光效和光通量有限的情况下，充分发挥LED色彩多样性的特点，开发变色LED灯饰的控制电路。
（4）国内企业应该优先发展海外市场。由于国内市场主要以政府工程为主，企业间的竞争主要表现为拼关系，拼价格。因此优势企业应立足国内市场，加快进军海外市场的步伐。（四）综合因素对应用发展的影响：
（1）现在LED照明灯饰产品正大规模走向主照明市场的瓶颈主要还是光效和光通量。因此LED照明上游行业的影响非常重要。包括芯片制造，后端的封装。从材料角度来说，能否找到更亮的材料，更好的荧光粉，会极大的推动行业的发展。从封装的角度来说，如何能解决芯片散热问题，提高所承受的电流，增加发光亮度；如何能设计出更好的光学透镜系统，减少侧面漏光，增加发光亮度。这些问题解决，都能极大的推动行业的发展。
（2）LED照明上游行业的缺少相应标准，价格较为混乱。一方面芯片厂家的技术标准就让应用厂商一头雾水，寿命和光衰等指标也不得而知，更不用说市场上许多不合格芯片产品。另一方面各封装厂家的数据也没有可比性，每家的发光角度和光强的数据相差很大；而对照明行业特别重要的光通量，色温，显色性指标却不予提供。使得应用厂商在材料选择，供应商的选择时，难以决断。
（五）政府在行业发展中应起的作用：
（1）应该制定合适于国情的LED照明产业发展战略。首先要加强LED照明行业的宣传，增加居民的节能环保意识。其次整合好国内各方面资源，促进科研机构和上游企业加强合作。最后是合理的引导应用行业的发展。
（2）LED的产品质量标准的制定，特别是关于照明应用行业所关心的技术标准，政府应尽快牵头制定，从而解决下游应用企业的实际问题。
（3）应用产品标准的制定；现在LED灯饰市场价格紊乱，产品质量参差不齐， LED节能长寿稳定性高的效果始终未能体现，反而造成更大的浪费。因此，对于一些常规产品如护拦灯，应该向传统光源一样，设立相应的技术标准的，让生产企业有法可依，解决目前的混乱局面。
（4）希望政府扶助优秀企业，提供相关技术支持，鼓励企业创新。政府还可以通过对企业申请国内外专利，申请国内外安全认证，出境参展等提供补贴的方式，来帮助中国企业开拓国际市场。
以上内容为我司技术部总监何剑威先生于8月8日在国家半导体照明项目管理办公室会议发言提纲
实用标准文案 1、硅材料 从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si发展的总趋势。目前直径为8英寸（200mm）的Si单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300mm）硅片的集成电路（IC‘s）技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300mm，0.18μm工艺的硅ULSI生产线已经投入生产，300mm，0.13μm工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。 从进一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，SOI材料，包括智能剥离（Smart cut）和SIMOX材料等也发展很快。目前，直径8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在开发中。 理论分析指出30nm左右将是硅MOS集成电路线宽的“极限”尺寸。这不仅是指量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理限制和光刻技术的限制问题，更重要的是将受硅、SiO2自身性质的限制。尽管人们正在积极寻找高K介电绝缘材料（如用Si3N4等来替代SiO2），低K介电互连材料，用Cu代替Al 引线以及采用系统集成芯片技术等来提高ULSI的集成度、运算速度和功能，但硅将最终难以满足人类不断的对更大信息量需求。为此，人们除寻求基于全新原理的量子计算和DNA生物计算等之外，还把目光放在以GaAs、InP为基的化合物半导体材料，特别是二维超晶格、量子阱，一维量子线与零维量子点材料和可与硅平面工艺兼容GeSi合金材料等，这也是目前半导体材料研发的重点。
第10期(2009年lo月中国科技论坛 ?99? 2.2专利申请国别分析 图1显示了1998--2007年的十年间,国外九个发达国家和地区在华有关半导体照明领域的专利申请量。其中,在总量方面,以台湾、日本、美国高居榜首。但是,在发明专利上,除台湾、日本、美国以外,韩国、荷兰、德国也显示出强大的实力。在实用新型方面,台湾香港地区为主,其他国家和地区很少,而香港较之台湾专利申请的差距十分明显。对于日本,在外观设计方面具有较强的领先优势,说明日本在相关半导体照明产品市场化方面居于前列。
图l 九个国家和地区专利申请详细分布图 国外在华申请的三个专利类型数量均在总体上呈现逐年上升的趋势(见图2。在2000年前,国外在华申请的有关半导体照明的专利几乎全部是发明专利,其原因一方面是在半导体照明领域,国外技术还处于发展早期阶段,比较注重于基础技术的研发,发明专利较多;另一方面,国外具有强烈的知识产权保护专利战略意识,一旦实现技术突破,就很快申请专利保护,抢占未被充分开发的市场,实现专利技术价值。在
2000年后,国外在华发明专利的申请数量继续保持突飞猛进,而在同时,实用新型和外观设计也成为国外企业的关注重点,其数量也在逐年提高。2.3半导体照明发明专利申请量趋势分析 1998 图2国外在华专利类型申请历年变化图 发明专利,其中台湾、美国、日本、韩国、荷兰、德国申请的发明专利均超过100件。在半导体照明领域,美日两国可以说是老牌专利大国,一直保持稳定快速发展的势头。我国台湾地区这一领域的专利,从2002年在大陆地区申请第一个发明专利以来,迅速发展,已经在量上赶超美日,可以说是这一领域的后起之秀。另外,作为一个新兴电子强国,韩国在半导体照明领域的发明专利申请量也很大(见图3。2.4半导体照明领域的企业竞争力分析 本文统计了各个国家和地区有关半导体照明领域的专利申请量大于10项(包含10项的企业数量,根据统计过程,这些专利以发明专利为主,且法国、新加坡由于专利少,没有企业归入(见图4。 图3有关半导体照明发明专利历年申请量变化图 图4有关半导体照明灯各国企业专利≥10个的企业个数
LED照明技术细节分析 led光源的技术日趋成熟，每瓦发光流明迅速增长，促使其逐年递减降价。led绿色灯具的海量市场和持续稳定数年增长需求将是集成电路行业继VCD、DVD、手机、MP3之后的消费电子市场的超级海啸! LED灯具的高节能、长寿命、利环保的优越性能获得普遍的公认。 led高节能：直流驱动，超低功耗(单管0.03瓦-1 瓦)电光功率转换接近100%，相同照明效果比传统光源节能80%以上。 led长寿命：led 光源被称为长寿灯。固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰快等缺点。 led寿命：使用寿命可达5万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。 led利环保：led是一种绿色光源，环保效益更佳。光谱中没有紫外线和红外线，热量低和无频闪，无辐射，而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。 led光源工作特点照明用led光源的VF电压都很低，一般VF =2.75-3.8V，IF在15-1400mA;因此LED驱动IC的输出电压是VF X N或VF X 1， IF恒流在15-1400mA。LED灯具使用的led光源有小功率 (IF=15-20mA)和大功率(IF》200mA))二种，小功率led多用来做led日光灯、装饰灯、格栅灯;大功率LED用来做家庭照明灯、射灯、水底灯、洗墙灯、路灯、隧道灯、汽车工作灯等。功率led光源是低电压、大电流驱动的器件，其发光的强度由流过led的电流大小决定，电流过强会引起led光的衰减，电流过弱会影响led的发光强度，因此，led的驱动
需要提供恒流电源，以保证大功率led使用的安全性，同时达到理想的发光强度。在led照明领域，要体现出节能和长寿命的特点，选择好LED 驱动IC至关重要，没有好的驱动IC的匹配，led照明的优势无法体现。led照明设计需要注意的技术细节led灯具对低压驱动芯片的要求： 1. 驱动芯片的标称输入电压范围应当满足DC8-40V，以覆盖应用面的需要，耐压如能大于45V更好;AC 12V或24 V输入时简单的桥式整流器输出电压会随电网电压波动，特别是电压偏高时输出直流电压也会偏高，驱动IC如不能适应宽电压范围，往往在电网电压升高时会被击穿，led光源也因此被烧毁。 2. 驱动芯片的标称输出电流要求大于1.2-1.5A，作为照明用的led 光源，1W功率的led光源其标称工作电流为350mA，3W功率的led光源其标称工作电流为700mA，功率大的需要更大的电流，因此LED照明灯具选用的驱动IC必需有足够的电流输出，设计产品时必需使驱动IC工作在满负输出的70-90%的最佳工作区域。使用满负输出电流的驱动IC在灯具狭小空间散热不畅，容易疲劳和早期失效。 3. 驱动芯片的输出电流必需长久恒定，led光源才能稳定发光，亮度不会闪烁;同一批驱动芯片在同等条件下使用，其输出电流大小要尽可能一致，也就是离散性要小，这样在大批量自动化生产线上生产才能有效和有序;对于输出电流有一定离散性的驱动芯片必选在出厂或投入生产线前分档，调整PCB板上电流设定电阻(Rs)的阻值大小，使之生产的led 灯具恒流驱动板对同类led光源的发光亮度一致，保持最终产品的一致性。
某光源发出波长为460nm 的单色光，辐射功率为100W ，用Y 值表示其光通量，计算其色度坐标X 、Y 、Z 、x 、y 。 解：由教材表1-3查得460nm 单色光的三色视觉值分别为0.2908X =，0.0600Y =， 1.6692Z =，则对100W P =，有 4356831000.2908 1.98610lm 6831000.0600 4.09810lm 683100 1.6692 1.14010lm m m m X K PX Y K PY Z K PZ ==××=×==××=×==××=× 以及 )()0.144 0.030x X X Y Z y Y X Y Z =++==++=
1. GaP绿色LED的发光机理是什么，当氮掺杂浓度增加时，光谱有什么变化，为什么？GaP红色LED的发光机理是什么，发光峰值波长是多少？ 答：GaP绿色LED的发光机理是在GaP间接跃迁型半导体中掺入等电子陷阱杂质N，代替P原子的N原子可以俘获电子，又靠该电子的电荷俘获空穴，形成束缚激子，激子复合发光。当氮掺杂浓度增加时，总光通量增加，主波长向长波移动，这是因为此时有大量的氮对形成新的等电子陷阱，氮对束缚激子发光峰增加，且向长波移动。 GaP红色LED的发光机理是在GaP晶体中掺入ZnO对等电子陷阱，其发光峰值波长为700nm的红光。 2. 液相外延生长的原理是什么？一般分为哪两种方法，这两种方法的区别在哪里？ 答：液相外延生长过程的基础是在液体溶剂中溶质的溶解度随温度降低而减少，而且冷却与单晶相接触的初始饱和溶液时能够引起外延沉积，在衬底上生长一个薄的外延层。 液相外延生长一般分为降温法和温度梯度法两种。降温法的瞬态生长中，溶液与衬底组成的体系在均处于同一温度，并一同降温（在衬底与溶液接触时的时间和温度上，以及接触后是继续降温还是保持温度上，不同的技术有不同的处理）。而温度梯度法则是当体系达到稳定状态后，整个体系的温度再不改变，而是在溶液表面和溶液－衬底界面间建立稳定的温度梯度和浓度梯度。 3. 为何AlGaInP材料不能使用通常的气相外延和液相外延技术来制造？ 答：在尝试用液相外延生长AlGaInP时，由于AlP和InP的热力学稳定性的不同，液相外延的组分控制十分困难。而当使用氢化物或氯化物气相外延时，会形成稳定的AlCl化合物，会在气相外延时阻碍含Al磷化物的成功生长。因此AlGaInP 材料不能使用通常的气相外延和液相外延技术来制造。
关于新型显示与半导体照明芯片的市场发展趋势分析 新型显示与半导体照明芯片的市场发展趋势分析 1 新型显示市场 1.1 全球新型显示市场 OLED 目前分为PMOLED（无源驱动OLED）和AMOLED（有源驱动OLED）两条路线。相比传统的液晶面板，AMOLED 突破了不可弯曲的局限，具有反应速度较快、对比度更高、视角较广等特点；相较于PMOLED，AMOLED 的尺寸可以做得很大，在高端手机及新一代穿戴显示系统等领域具有广阔的应用前景[1-4]。 据2017～2022 年中国OLED（有机发光二极管）显示器行业专项调研及投资价值预测报告预测，2017 年全球OLED 市场规模将跃增32% 至192 亿美元，出货量也将飙升22% 至6.3 亿组。2017 年，苹果下一代智能手机产品预计将采用双曲面柔性AMOLED 面板，全球整个供应链厂商都在积极跟进。除韩国三星显示（SDC）、LG Display 外，中国面板厂商和辉光电、维信诺、Truly 等都将在现有产线的基础上增设柔性面板的产能。随着OLED 产能的释放，估计2017 年全球双曲面OLED 智能手机将快速上量。 中商产业研究院于2016 年12 月公布的《2015～2020 年中国OLED 材料市场潜力与投资前景分析报告》指出，2015 年全球AMOLED 的销售额为131 亿美元，预计2016 年全球AMOLED 的销售额将达157 亿美元，如图1 所示。 目前OLED 面板市场90% 以上的产能和市场份额都被三星显示（SDC）和LG 显示（LGD）占据，同时SDC 和LGD 也是全球OLED 技术的领跑者。SDC 在中小尺寸OLED 市场一度占据99%的市场份额，其最先量产AMOLED 并应用于自家手机，经过多年坚持技术创新和产品创新，引领了OLED 时代的到来。 LGD 在大尺寸OLED 面板市场独占鳌头，大尺寸OLED 量产技术先进，并不断改进工艺，以降低成本，致力于OLED 面板在TV 市场上的普及。LGD 计划2017 年导入喷墨印刷式制造工艺，一旦量产，OLED TV 的价格有望大幅度降低。
一填空题 1、LED3528小功率灯珠额定电流为___20 mA，1W灯珠额定电流为____350____mA。 2、RGB三基色指___ 红___，_____绿___，____蓝__ 三种颜色。 3、灯具驱动方式分：恒_ 流 __驱动和恒_ 压__驱动，LED光源常用恒__流 ___驱动。 4、LED灯具一般是由___ 光源，____外壳_ ， __驱动电源 _等几部分组 5、光源的光效（lm/W）指光源发出___光通量除以光源所耗费的__电功率 _，它是衡量光源节能的重要指标。 6、LED调光功能的实现方式可分为两种： PWM 方式和模拟方式。 7、色温越偏蓝，色温越高，偏红则色温越低。 8、590nm波长的光是黄光；380nm波长的光是紫光（填颜色）,可见光的波长范 围是 380－780 nm。 9、LED TV背光源常用到的LED芯片型号为2310，其尺寸为23mil×10mil，即 584.2 um× 254 um。 1mil＝25.4um 10、T10的LED日光灯管，其直径是： 31.75 mm 。 25.4* (10/8)=31.75mm 11、目前市场主流的白光LED产品是由 InGaN(蓝光) 芯片产生的蓝光与其激发YAG 荧光粉产生的黄光混合而成的，且该方面的专利技术主要掌握在日本日亚化学公司手中。 12、对于GaAs,SiC导电衬底，具有面电极的红、黄（单电极或L型） LED芯片，采 用银胶来固晶；对于蓝宝石绝缘衬底的蓝、绿（双电极或V型）LED 芯片，采用绝缘胶来固定芯片。 13、银胶的性能和作用主要体现在：固定芯片、导电性、导热性。 14、LED胶体包括A，B，C，D胶，它们分别指的是主剂、硬化剂、 色剂、扩散剂。 15、翻译以下行业术语： 示例：外延片 Wafer （1）发光二极管 Light emitting diode （2）芯片 chip （3）荧光粉 phosphor （4）直插式LED LED Lamp
半导体材料与器件发展趋势总结 材料是人类社会发展的物质基础与先导。每一种重大新材料的发现和应用都把人类支配自然的能力提高到一个全新的高度。材料已成为人类发晨的里程碑。本世纪中期单晶硅材料和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研究成功，导致了电子工业大革命。使微电子技术和计算机技术得到飞速发展。从20世纪70年代的初期，石英光纤材料和光学纤维的研制成功，以及GaAs等Ⅲ-Ⅴ族化合物的材料的研制成功与半导体激光器的发明，使光纤通信成为可能，目前光纤已四通八达。我们知道，每一束光纤，可以传输成千上万甚至上百万路电话，这与激光器的发明以及石英光纤材料、光纤技术的发展是密不可分的。超晶格概念的提出MBE、MOCVD先进生长技术发展和完善以及超品格量子阱材料包括一维量子线、零维量子点材料的研制成功。彻底改变了光电器件的设计思想。使半导体器件的设计与制造从过去的杂质工程发展到能带工程。出现了以“电学特性和光学特性的剪裁”为特征的新范畴，使人类跨入到以量子效应为基础和低维结构为特征的固态量子器件和电路的新时代，并极有可能触发新的技术革命。半导体微电子和光电子材料已成为21世纪信息社会的二大支柱高技术产业的基础材料。它的发展对高速计算、大容量信息通信、存储、处理、电子对抗、武器装备的微型化与智能化和国民经济的发展以及国家的安全等都具有非常重要的意义。 一、几种重要的半导体材料的发展现状与趋势 1.硅单晶材料 硅单晶材料是现代半导体器件、集成电路和微电子工业的基础。目前微电子的器件和电路，其中有90％到95％都是用硅材料来制作的。那么随着硅单晶材料的进一步发展，还存在着一些问题亟待解决。硅单晶材料是从石英的坩埚里面拉出来的，它用石墨作为加热器。所以，来自石英里的二氧化硅中氧以及加热器的碳的污染，使硅材料里面包含着大量的过饱和氧和碳杂质。过饱和氧的污染，随着硅单晶直径的增大，长度的加长，它的分布也变得不均匀；这就是说材料的均匀性就会遇到问题。杂质和缺陷分布的不均匀，会使硅材料在进一步提高电路集成度应用的时候遇到困难。特别是过饱和的氧，在器件和电路的制作过程中，它要发生沉淀，沉淀时的体积要增大，会导致缺陷产生，这将直接影响器件和电路的性能。因此，为了克服这个困难，满足超大规模集成电路的集成度的进一步提高，人们不得不采用硅外延片，就是说在硅的衬底上外延生长的硅薄膜。这样，可以有效地避免氧和碳等杂质的污染，同时也会提高材料的纯度以及掺杂的均匀性。利用外延方法，还可以获得界面非常陡、过渡区非常窄的结，这样对功率器件的研制和集成电路集成度进一步提高都是非常有好处的。这种材料现在的研究现状是6英寸的硅外延片已用于工业的生产，8英寸的硅外延片，也正在从实验室走向工业生产；更大直径的外延设备也正在研制过程中。 除此之外，还有一些大功率器件，一些抗辐照的器件和电路等，也需要高纯区熔硅单晶。区熔硅单晶与直拉硅单晶拉制条件是不一样的，它在生长时，不与石英容器接触，材料的纯度可以很高；利用这种材料，采用中子掺杂的办法，制成N或P型材料，用于大功率器件及电路的研制，特别是在空间用的抗辐照器件和电路方面，它有着很好的应用前景。当然还有以硅材料为基础的SOI材料，也就是半导体/氧化物/绝缘体之意，这种材料在空间得到了广泛的应用。总之，从提高集成电路的成品率，降低成本来看的话，增大硅单晶的直径，仍然是一个大趋势；因为，只有材料的直径增大，电路的成本才会下降。我们知道硅技术有个摩尔定律，每隔18个月它的集成度就翻一番，它的价格就掉一半，价格下降是同硅的直径的增大密切相关的。在一个大圆片上跟一个小圆片上，工艺加工条件相同，但出的芯片数量则不同；所以说，增大硅的直径，仍然是硅单晶材料发展的一个大趋势。那我们从提高硅的
LED半导体照明的发展与应用 者按：半导体技术在上个世纪下半叶引发的一场微电子革命，催生了微电子工业和高科技ＩＴ产业，改变了整个世界的面貌。今天，化合物半导体技术的迅猛发展和不断突破，正孕育着一场新的革命——照明革命。新一代照明光源半导体ＬＥＤ，以传统光源所没有的优点引发了照明产业技术和应用的革命。半导体ＬＥＤ固态光源替代传统照明光源是大势所趋。１、ＬＥＤ半导体照明的机遇 （１）全球性的能源短缺和环境污染在经济高速发展的中国表现得尤为突出，节能和环保是中国实现社会经济可持续发展所急需解决的问题。作为能源消耗大户的照明领域，必须寻找可以替代传统光源的新一代节能环保的绿色光源。 （２）半导体ＬＥＤ是当今世界上最有可能替代传统光源的新一代光源。 其具有如下优点： ①高效低耗，节能环保； ②低压驱动，响应速度快安全性高； ③固体化封装，耐振动，体积小，便于装配组合； ④可见光区内颜色全系列化，色温、色纯、显色性、光指向性良好，便于照明应用组合； ⑤直流驱动，无频闪，用于照明有利于保护人眼视力； ⑥使用寿命长。 （３）现阶段ＬＥＤ的发光效率偏低和光通量成本偏高是制约其大规模进入照明领域的两大瓶颈。目前ＬＥＤ的应用领域主要集中在信号指示、智能显示、汽车灯具、景观照明和特殊照明领域等。但是，化合物半导体技术的迅猛发展和关键技术的即将突破，使今天成为大力发展半导体照明产业的最佳时机。２００３年我国人均ＧＤＰ首次突破１０００美元大关，经济实力得到了进一步的增强，市场上已经初步具备了接受较高光通量成本（初始成本）光
源的能力。在未来的１０～２０年内，用半导体ＬＥＤ作为光源的固态照明灯，将逐渐取代传统的照明灯。 （４）各国政府予以高度重视，相继推出半导体照明计划，已形成世界性的半导体照明技术合围突破的态势。 ①美国：“下一代照明计划”时间是２０００～２０１０年投资５亿美元。美国半导体照明发展蓝图如表１所示； ②日本：“２１世纪的照明计划”，将耗费６０亿日元推行半导体照明目标是在２００６年用白光ＬＥＤ替代５０％的传统照明； ③欧盟：“彩虹计划”已在２０００年７月启动通过欧共体的资助推广应用白光ＬＥＤ照明； ④中国：２００３年６月１７日，由科技部牵头成立了跨部门、跨地区、跨行业的“国家半导体照明工程协调领导小组”。从协调领导小组成立之日到２００５年年底之前，将是半导体照明工程项目的紧急启动期。从２００６年的“十一五”开始，国家将把半导体照明工程作为一个重大项目进行推动； （５）我国 的半导体ＬＥＤ产业链经过多年的发展已相对完善，具备了一定的发展基础。同时，我国又是照明灯具产业的大国，只要政府和业界协调整合好，发展半导体ＬＥＤ照明产业是大有可为的； ２ＬＥＤ的发展历程（如图１所示） ２．１ＬＥＤ技术突破的历程
半导体材料的发展现状与趋势
半导体材料与器件发展趋势总结 材料是人类社会发展的物质基础与先导。每一种重大新材料的发现和应用都把人类支配自然的能力提高到一个全新的高度。材料已成为人类发晨的里程碑。本世纪中期单晶硅材料和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研究成功，导致了电子工业大革命。使微电子技术和计算机技术得到飞速发展。从20世纪70年代的初期，石英光纤材料和光学纤维的研制成功，以及GaAs 等Ⅲ-Ⅴ族化合物的材料的研制成功与半导体激光器的发明，使光纤通信成为可能，目前光纤已四通八达。我们知道，每一束光纤，可以传输成千上万甚至上百万路电话，这与激光器的发明以及石英光纤材料、光纤技术的发展是密不可分的。超晶格概念的提出MBE、MOCVD先进生长技术发展和完善以及超品格量子阱材料包括一维量子线、零维量子点材料的研制成功。彻底改变了光电器件的设计思想。使半导体器件的设计与制造从过去的杂质工程发展到能带工程。出现了以“电学特性和光学特性的剪裁”为特征的新范畴，使人类跨入到以量子效应为基础和低维结构
的制作过程中，它要发生沉淀，沉淀时的体积要增大，会导致缺陷产生，这将直接影响器件和电路的性能。因此，为了克服这个困难，满足超大规模集成电路的集成度的进一步提高，人们不得不采用硅外延片，就是说在硅的衬底上外延生长的硅薄膜。这样，可以有效地避免氧和碳等杂质的污染，同时也会提高材料的纯度以及掺杂的均匀性。利用外延方法，还可以获得界面非常陡、过渡区非常窄的结，这样对功率器件的研制和集成电路集成度进一步提高都是非常有好处的。这种材料现在的研究现状是6英寸的硅外延片已用于工业的生产，8英寸的硅外延片，也正在从实验室走向工业生产；更大直径的外延设备也正在研制过程中。 除此之外，还有一些大功率器件，一些抗辐照的器件和电路等，也需要高纯区熔硅单晶。区熔硅单晶与直拉硅单晶拉制条件是不一样的，它在生长时，不与石英容器接触，材料的纯度可以很高；利用这种材料，采用中子掺杂的办法，制成N或P型材料，用于大功率器件及电路的研制，特别是在空间用的抗辐照器件和电路方面，
LED封装基本知识 LED（发光二极管）封装是指发光芯片的封装，相比集成电路封装有较大不同。LED的封装不仅要求能够保护灯芯，而且还要能够透光，所以LED的封装对封装材料有特殊的要求。 封装简介 LED封装技术大都是在分立器件封装技术基础上发展与演变而来的，但却有很大的特殊性。一般情况下，分立器件的管芯被密封在封装体内，封装的作用主要是保护管芯和完成电气互连。而LED封装则是完成输出电信号，保护管芯正常工作，输出：可见光的功，既有电参数，又有光参数的设计及技术要求，无法简单地将分立器件的封装用于LED。 自上世纪九十年代以来，LED芯片及材料制作技术的研发取得多项突破，透明衬底梯形结构、纹理表面结构、芯片倒装结构，商品化的超高亮度（1cd以上）红、橙、黄、绿、蓝的LED产品相继问市，2000年开始在低、中光通量的特殊照明中获得应用。LED的上、中游产业受到前所未有的重视，进一步推动下游的封装技术及产业发展，采用不同封装结构形式与尺寸，不同发光颜色的管芯及其双色、或三色组合方式，可生产出多种系列，品种、规格的产品。 技术原理 大功率LED封装由于结构和工艺复杂，并直接影响到LED的使用性能和寿命，特别是大功率白光LED封装更是研究热点中的热点。LED封装的功能主要包括：1.机械保护，以提高可靠性；2.加强散热，以降低芯片结温，提高LED性能；3.光学控制，提高出光效率，优化光束分布；4.供电管理，包括交流/直流转变，以及电源控制等。 LED封装方法、材料、结构和工艺的选择主要由芯片结构、光电/机械特性、具体应用和成本等因素决定。经过40多年的发展，LED封装先后经历了支架式（Lamp LED）、贴片式（SMD LED）、功率型LED（Power LED）等发展阶段。随着芯片功率的增大，特别是固态照明技术发展的需求，对LED封装的光学、热学、电学和机械结构等提出了新的、更高的要求。为了有效地降低封装热阻，提高出光效率，必须采用全新的技术思路来进行封装设计。 关于LED封装结构说明 LED的核心发光部分是由p型和n型半导体构成的pn结管芯，当注入pn结的少数载流子与多数载流子复合时，就会发出可见光，紫外光或近红外光。但pn结区发出的光子是非定向的，即向各个方向发射有相同的几率，因此，并不是管芯产生的所有光都可以释放出来，这主要取决于半导体材料质量、管芯结构及几何形状、封装内部结构与包封材料，应用要求提高LED的内、外部量子效率。常规Φ5mm型LED封装是将边长0.25mm的正方形管芯粘结或烧结在引线架上，管芯的正极通过球形接触点与金丝，键合为内引线与一条管脚相连，负极通过反射杯和引线架的另一管脚相连，然后其顶部用环氧树脂包封。反射杯的作用是收集管芯侧面、界面发出的光，向期望的方向角内发射。顶部包封的环氧树脂做成一定形
《半导体照明技术及其应用》课程教学大纲 （秋季） 一、课程名称：半导体照明技术及其应用Semiconductor Lighting Technology and Applications 二、课程编码： 三、学时与学分：32/2 四、先修课程: 微积分、大学物理、固体物理、半导体物理、微电子器件与IC设计 五、课程教学目标： 半导体照明是指用全固态发光器件LED作为光源的照明，具有高效、节能、环保、寿命长、易维护等显著特点，是近年来全球最具发展前景的高新技术领域之一，是人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一场照明光源的革命。本课程注重理论的系统性﹑结构的科学性和内容的实用性，在重点讲解发光二极管的材料、机理及其制造技术后，详细介绍器件的光电参数测试方法，器件的可靠性分析、驱动和控制方法，以及各种半导体照明的应用技术，使学生学完本课程以后，能对半导体照明有深入而全面的理解。 六﹑适用学科专业：电子科学与技术 七、基本教学内容与学时安排： 绪论（1学时） 半导体照明简介、学习本课程的目的及要求 第一章光视觉颜色（2学时） 1光的本质 2光的产生和传播 3人眼的光谱灵敏度 4光度学及其测量 5作为光学系统的人眼 6视觉的特征与功能 7颜色的性质 8国际照明委员会色度学系统 9色度学及其测量 第二章光源（1学时） 1太阳 2月亮和行星 3人工光源的发明与发展 4白炽灯 5卤钨灯 6荧光灯 7低压钠灯
8高压放电灯 9无电极放电灯 10发光二极管 11照明的经济核算 第三章半导体发光材料晶体导论（2学时） 1晶体结构 2能带结构 3半导体晶体材料的电学性质 4半导体发光材料的条件 第四章半导体的激发与发光（1学时） 1PN结及其特性 2注入载流子的复合 3辐射与非辐射复合之间的竞争 4异质结构和量子阱 第五章半导体发光材料体系（2学时） 1砷化镓 2磷化镓 3磷砷化镓 4镓铝砷 5铝镓铟磷 6铟镓氮 第六章半导体照明光源的发展和特征参量（1学时）1发光二极管的发展 2发光二极管材料生长方法 3高亮度发光二极管芯片结构 4照明用LED的特征参数和要求 第七章磷砷化镓、磷化镓、镓铝砷材料生长（3学时）1磷砷化镓氢化物气相外延生长（HVPE） 2氢化物外延体系的热力学分析 3液相外延原理 4磷化镓的液相外延 5镓铝砷的液相外延 第八章铝镓铟磷发光二极管（2学时） 1AlGaInP金属有机物化学气相沉积通论 2外延材料的规模生产问题 3电流扩展 4电流阻挡结构 5光的取出 6芯片制造技术
序号：3 半导体材料的发展现状及趋势 姓名：李霄 学号：1111044081 班级：电科1103 科目：微电子设计导论 二〇一三年12 月23 日
半导体材料的发展进展近况及趋向 引言：随着全球科技的飞速发展成长，半导体材料在科技进展中的首要性毋庸置疑，半导体的发展进展历史很短，但半导体材料彻底改变了我们的生活，从半导体材料的发展历程、半导体材料的特性、半导体材料的种类、半导体材料的制备、半导体材料的发展。从中我们可以感悟到半导体材料的重要性 关键词：半导体、半导体材料。 一、半导体材料的进展历程 20世纪50年代，锗在半导体产业中占主导位置，但锗半导体器件的耐高温和辐射性能机能较差，到20世纪60年代后期逐步被硅材料代替。用硅制作的半导体器件，耐高温和抗辐射机能较好，非常适合制作大功率器件。因而，硅已经成为运用最多的一种半导体材料，现在的集成电路多半是用硅材料制作的。二是化合物半导体，它是由两种或者两种以上的元素化合而成的半导体材料。它的种类不少，主要的有砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、锑化铟(InSb)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、硫化镉(CdS)等。此中砷化镓是除了硅以外研讨最深切、运用最普遍的半导体材料。氮化镓可以与氮化铟（Eg＝1.9eV）、氮化铝（Eg＝6.2eV）构成合金InGaN、AlGaN，如许可以调制禁带宽度，进而调理发光管、激光管等的波长。三是非晶半导体。上面介绍的都是拥有晶格构造的半导体材料，在这些材料中原子布列拥有对称性和周期性。但是，一些不拥有长程有序的无定形固体也拥有显著的半导体特征。非晶半导体的种类繁多，大体上也可按晶态物质的归类方式来分类。从现在}研讨的深度来看，很有适用价值的非晶半导体材料首推氢化非晶硅（α－SiH）及其合金材料（α－SiC:H、α－SiN:H），可以用于低本钱太阳能电池和静电光敏感材料。非晶Se（α－Se）、硫系玻璃及氧化物玻璃等非晶半导体在传感器、开关电路及信息存储方面也有普遍的运用远景。四是有机半导体，比方芳香族有机化合物就拥有典范的半导体特征。有机半导体的电导特征研讨可能对于生物体内的基础物理历程研究起着重大推进作用，是半导体研讨的一个热点领域，此中有机发光二极管（OLED）的研讨尤为受到人们的看重。 二、半导体材料的特性 半导体材料是常温下导电性介于导电材料以及绝缘材料之间的一类功效材
主持人： 观众朋友，欢迎您来到CETV学术报告厅，最近美国的一家公司生产出一千兆的芯片，它是超微技术发展史上的一个分水岭，个人电脑业的发展，也将步入一个新的历史阶段，对整个信息业来说，它的意义不亚于飞行速度突破音速的极限，当然整个技术上的突破，也要依赖于以硅材料为基础的大规模集成电路的进一步微型化，50年代以来，随着半导体材料的发现与晶体管的发明，以硅为主的半导体材料，成为整个信息社会的支柱，成为微电子、光电子等高技术产业的核心与基础，这个情况，将会持续到下个世纪的中叶，当然，面对更大信息量的需求，硅电子技术也有它的极限，将会出现新的、替补性的半导体材料。关于半导体材料的发展现状与发展趋势，请您收看中国科学院王占国院士的学术报告。 王占国： 材料已经成为人类历史发展的里程碑，从本世纪的中期开始，硅材料的发现和硅晶体管的发明以及五十年代初期的以硅为基的集成电路的发展，导致了电子工业大革命。今天，因特网、计算机的到户，这与微电子技术的发展是密不可分的，也就是说以硅为基础的微电子技术的发展，彻底地改变了世界的政治、经济的格局，也改变着整个世界军事对抗的形式，同时也深刻影响着人们的生活方式。今天如果没有了计算机，没有了网络，没有了通信，世界会是什么样子，那是可想而知的。从20世纪70年代的初期，石英光纤材料和光学纤维的研制成功，以及GaAs 等Ⅲ-Ⅴ族化合物的材料的研制成功与半导体激光器的发明，使光纤通信成为可能，目前光纤已四通八达。我们知道，每一束光纤，可以传输成千上万甚至上百万路电话，这与激光器的发明以及石英光纤材料、光纤技术的发展是密不可分的。 70年代超晶格概念的提出，新的生长设备，像分子束外延和金属有机化合物化学汽相淀积等技术的发展，以及超晶格、量子阱材料的研制成功，使半导体材料和器件的设计思想发生了彻底的改变。就硅基材料的器件和电路而言，它是靠P型与N型掺杂和PN结技术来制备二极管、晶体管和集成电路的。然而基于超晶格、量子阱材料的器件和电路的性质，则不依赖于杂质行为，而是由能带工程设计决定的。也就是说，材料和器件的光学与电学性质，可以通过能带的设计来实现。设计思想从杂质工程发展到能带工程，以及建立在超晶格、量子阱等半导体微结构材料基础上的新型量子器件，极有可能引发新的技术革命。从微电子技术短短50年的发展历史来看，半导体材料的发展对高速计算、大容量信息通信、存储、处理、电子对抗、武器装备的微型化与智能化和国民经济的发展以及国家的安全等都具有非常重要的意义。 现在，我来讲一讲几种重要的半导体材料的发展现状与趋势。我们首先来介绍硅单晶材料。硅单晶材料是现代半导体器件、集成电路和微电子工业的基础。目前微电子的器件和电路，其中有90％到95％都是用硅材料来制作的。根据预测，到2000年底，它的规模将达到60多亿平方英寸，整个硅单晶材料的产量将达到1万吨以上。目前，8英寸的硅片，已大规模地应用于集成电路的生产。到2000年底，或者稍晚一点，这个预计可能会与现在的情况稍微有点不同，有可能完成由8英寸到12英寸的过渡。预计到2007年前后，18英寸的硅片将投入生产。我们知道，直径18英寸相当于45厘米，一个长1米的晶锭就有几百公斤重。那么随着硅单晶材料的进一步发展，是不是存在着一些问题亟待解决呢？我们知道硅单晶材料是从石英的坩埚里面拉出来的，它用石墨作为加热器。所以，来自石英里的二氧化硅中氧以及加热器的碳的污染，使硅材料里面包含着大量的过饱和氧和碳杂质。过饱和氧的污染，随着硅单晶直径的增大，长度的加长，它的分布也变得不均匀；这就是说材料的均匀性就会遇到问题。杂质和缺陷分布的不均匀，会使硅材料在进一步提高电路集成度应用的时候遇到困难。特别是过饱和的氧，在器件和电路的制作过程中，它要发生沉淀，沉淀时的体积要增大，会导致缺陷产生，这将直接影响器件和电路的性能。因此，为了克服这个困难，满足超大规模集成电路的集成度的进一步提高，人们不得不采用硅外延片，就是说在硅的衬底上外延生长的硅薄膜。这样，可以有效地避免氧和碳等杂质的污染，同时也会提高材料的纯度以及掺杂的均匀性。利用外延方法，还可以获得界面非常陡、过渡区非常窄的结，这样对功率器件的研制和集成电路集成度进一步提高都是非常有好处的。这种材料现在的研究现状是6英寸的硅外延片已用于工业的生产，8英寸的硅外延片，也正在从实验室走向工业生产；更大直径的外延设备也正在研制过程中。 除此之外，还有一些大功率器件，一些抗辐照的器件和电路等，也需要高纯区熔硅单晶。区熔硅单晶与直拉硅单晶拉制条件是不一样的，它在生长时，不与石英容器接触，材料的纯度可以很高；利用这种材料，采用中子掺杂
LED具有高光效能，比传统霓虹灯节省电能80%以上，工作安全可靠。LED改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。LED光源具有寿命长、光效高、无辐射与低功耗等特点。LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可达80%~90%。将LED与普通白炽灯、螺旋节能灯及T5三基色荧光灯进行比较，其结果显示：普通白炽灯的光效为12lm/W，寿命小于2000h；螺旋节能灯的光效为60lm/W，寿命小于8000h；T5三基色荧光灯的光效则为96lm/W，寿命大约为10000h；而直径为5mm的白光LED的光效为 20~28lm/W，寿命可大于100000h。 （1）LED照明产品 在爱迪生1879年发明碳丝白炽灯之后，照明技术便进入一个崭新的时代。回顾20世纪的照明史，荧光灯、汞灯、高/低压钠灯、金属卤化物灯、紧凑型荧光灯、高频无极荧光灯以及微波硫灯等新光源层出不穷。白炽灯从其问世的那一天起就带有先天性缺陷，钨丝加热耗电大，灯泡易碎，而且容易使人触电。荧光灯虽说比白炽灯节电节能，但对人的视力不利，灯管内的汞也有害于人体和环境。真正引发照明技术发生质变的还是LED。与传统照明技术相比，LED的最大区别是结构和材料不同，它是一种能够将电能转化为可见光的半导体，上下两层装有电极，中间有导电材料，可以发光的材料在两电极的夹层中，光的颜色根据材料性质的不同而有所变化。 LED属于全固体冷光源，体积更小，重量更轻，结构更坚固，而且工作电压低，使用寿命长。按照通常的光效定义，LED的发光效率并不高，但由于LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，效率可达80%~90%。而同等光效的白炽灯的可见效率仅为10%~20%。单体LED 的功率一般为0.05~1W，通过集群方式可以满足不同需要。 LED照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具，在照明领域LED发光产品的应用正吸引着世人的目光。LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，21世纪将进入以LED为 代表的新型照明光源时代。 (2)LED光源的优点 ①新型绿色环保光源：LED运用冷光源，眩光小，无辐射，使用中不产生有害物质。LED的工作电压低，采用直流驱动方式，超低功耗（单管0.03~0.06W），电光功率转换接近100%，在相同照明效果下
1. GaP绿色LED的发光机理是什么，当氮掺杂浓度增加时，光谱有什么变化，为什么？GaP红色LED的发光机理是什么，发光峰值波长是多少？答：GaP绿色LED的发光机理是在GaP间接跃迁型半导体中掺入等电子陷阱杂质N，代替P原子的N原子可以俘获电子，又靠该电子的电荷俘获空穴，形成束缚激子，激子复合发光。当氮掺杂浓度增加时，总光通量增加，主波长向长波移动，这是因为此时有大量的氮对形成新的等电子陷阱，氮对束缚激子发光峰增加，且向长波移动。 GaP红色LED的发光机理是在GaP晶体中掺入ZnO对等电子陷阱，其发光峰值波长为700nm的红光。 2. 液相外延生长的原理是什么？一般分为哪两种方法，这两种方法 的区别在哪里？ 答：液相外延生长过程的基础是在液体溶剂中溶质的溶解度随温度 降低而减少，而且冷却与单晶相接触的初始饱和溶液时能够引起外 延沉积，在衬底上生长一个薄的外延层。 液相外延生长一般分为降温法和温度梯度法两种。降温法的瞬态生 长中，溶液与衬底组成的体系在均处于同一温度，并一同降温（在 衬底与溶液接触时的时间和温度上，以及接触后是继续降温还是保 持温度上，不同的技术有不同的处理）。而温度梯度法则是当体系 达到稳定状态后，整个体系的温度再不改变，而是在溶液表面和溶 液－衬底界面间建立稳定的温度梯度和浓度梯度。 3. 为何AlGaInP材料不能使用通常的气相外延和液相外延技术来制造？答：在尝试用液相外延生长AlGaInP时，由于AlP和InP的热力学稳定性的不同，液相外延的组分控制很困难。而当使用氢化物或氯化物气相外延时，会形成稳定的AlCl化合物，会在气相外延时阻碍含Al磷化物的成功生长。故AlGaInP材料不能用通常的气相外延和液相外延技术来制造。 4. 对三基色体系的白光LED，列出基色光源的三个最佳峰值波长。对荧光转换的白光LED和多芯片的白光LED，这三基色用什么方法来实现？答：三基色体系的白光LED，基色光源的三个最佳峰值波长分别为450nm、540nm和610nm。对荧光转换的白光LED，是用部分被吸收的AlInGaN 芯片的蓝光和适当的绿光和橙红光两种荧光粉来实现。对多芯片白光LED，是用峰值波长600nm附近的AlGaInP基LED，以及峰值波长450nm 和540nm的AlInGaN LED组成。 5. 简要说明LED封装技术发展三个阶段的时间范围、典型LED及其驱动电流、器件应用领域。 答：LED封装技术发展的3个阶段分别为： （1）1962~1989年期间，典型的LED为?3和?5的LED，驱动电流一般小于等于20mA，主要用做信号指示和显示。 （2）1990~1999年，发展了大光通量LED食人鱼和Snap，驱动电流在50~150mA，主要用于大型信号指示，如汽车信号灯、景观照明。 （3）2000年至今，研发和生产了功率型LED，电流≥350mA，开始用于照明，并开始了更大光通量输出的组件的研制和生产。 6. 画出透明衬底的AlGaInP LED的结构示意图，简要说明其芯片制造流程。 答：结构示意图如下图所示。 此LED结构用的是MOCVD生长在GaAs上的双异质结(AlxGa1-x)0.5In0.5P，并在结构上方VPE生长一个小于50μm厚的GaP 窗层。在外延生长后，用通常的化学腐蚀技术移除GaAs吸收衬底，使双异质结结构的N型层暴露，再通过升高温度和加压，将晶片黏结到200~250μm厚的N型GaP衬底上。1. 画出典型的具有GaP窗层和吸收衬底的双异质结AlGaInP LED的结构示意图，简述为什么需要使用电流扩展窗层。 答：结构示意图如下图所示。 为了使LED芯片获得高效的发光，电流扩展是主要关键之一，如 上图的结构，器件的上方覆盖了圆形的金属顶，电流从芯片的顶部 接触通过P型层流下到达结区，在结区发光。但是假如P型层的电 阻太高，电流将扩展很少，而仅仅限在金属之下，光仅仅发生在电极 之下，而且被芯片内部吸收。有效的最好性能的AlGaInP LED是在 通常的双异质结顶部再生长一个厚的P型窗层，而不用AlGaInP材 料。这个电流扩展窗层与AlGaInP相比，具有高的薄层电导率，而 且对发射光是透明的，可以达到很好的电流扩展效果。 4.LED作为城市景观照明中的首选光源的优点：①色彩丰富纯度高、节能②响应时间短，瞬时达到全光输出，可深度调光③体积小、方向 性强④直流低压驱动，简化系统设计，降低电路成本⑤寿命长，工作 安全可靠，维护费用大大降低。景观常用LED灯具有护栏灯、树灯 5. LED的电学性能特点：LED是单向导电器件。LED是个具有PN结结构的半导体器件，具有势垒电势，所以就有导通阈值电压。LED的电流—电压特性是非线性的。LED的正向压降与PN结结温的温度系数为负。流过LED的电流和LED的光通量的比值也是非线性的。 6. 电源驱动方案：（1）低电压驱动。是指用低于LED正向导通压降的电压驱动LED，如一节普通干电池、镍镉电池供电的低功耗照明器件，LED 手电、头灯、应急灯、路障灯、节能台灯等，采用电荷泵式升压变换器（2）过渡电压驱动。是指给LED供电的电源电压值在LED正向压降附近变动。如一节锂电池或两节串联的铅酸蓄电池，电池充满时在4V以上，快用完时在3V以下，应用有矿灯等，是反极性电荷泵式变换器（3）高压驱动。是指给LED供电的电压值高于LED的正向压降，如6V.12V.24V蓄电池，应用有太阳能草坪灯、太阳能庭院灯等，变换器电路是串联开关降压电路。（4）市电驱动。是对半导体照明应用最具有价值的供电方式，中小功率LED采用隔离式单端反激变换器，大功率用桥式变换电路。 7.可靠性试验指：产品在规定的条件下、在规定的时间内完成规定的功能的能力。产品在设计、应用过程中，不断经受自身及外界气候环境及机械环境的影响，而仍需要能够正常工作，这就需要以试验设备对其进行验证，按试验目的可分为筛选试验、例行试验、鉴定验收试验；按照试验项目可分为环境试验和寿命试验。 8. （1）平均寿命：指一批电子器件产品寿命的平均值（2）可靠寿命：指一批电子器件产品的可靠度下降到时，所经历的工作时间（3）中位寿命：指产品的可靠度降为50%时的寿命（4）特征寿命：指产品的可靠度降为1/e时的寿命（5）LED的寿命：通常用“半衰期”即器件的光输出下降到起始值50%时的时间作为LED的寿命。 用B50和L70来表示功率LED的寿命。L70（B50）表示功率LED比起初始值来，平均流明值下降到维持70%（50%）的时间。 9. 画出器件失效率随时间变化的曲线，说明曲线的各个阶段及其失 效原因。 答：曲线如图分为三个阶段： 第一个阶段称为早期失效或 老化阶段，失效率较高，随工作时间的延长而迅速下降。造成早期 失效的原因大多属生产型缺陷，由产品本身存在的缺陷所致。 第二个阶段为有效寿命阶段，又称随机失效阶段，失效率很低且 很稳定，近似为常数，器件失效往往带有偶然性。 第三个阶段称耗损失效阶段，失效率明显上升，大部分器件相继出现 失效，耗损失效都由于老化、磨损和疲劳等原因使器件性能恶化所致。 10. 伏安特性指流过PN结的电流随电压变化的特性，应将正、反向均包括在内。（1）反向击穿电压Vb：表示器件反向耐压高低的参数，通常是指一定漏电流下器件两端的反向电压值（2）反向电流Ir：给定反向电压下流过器件的反向电流值（3）正向电压Vf：指定正向电流下器件两端的正向电压值。作用：标志着结的体电阻及欧姆接触串联电阻的高低，可在一定程度上反应电极制作的好坏 12. 热管是依靠自身内部工质液相和气体二相变化来实现传热的导热元件，它是由高纯度的无氧铜管及铜丝网或铜粉烧结物组成，内充液体为工作介质。当受热端将工作液相蒸发成气相，气流经过中空管道流到冷却端，冷却后将工作流体凝结成液相，冷凝液借助于铜丝网或铜粉烧结物的毛细组织吸回受热端，完成吸热-放热循环，可在一定温差下将热量传导出。具有重量轻、结构简单、热传输量大、耐用寿命长、导热能力强等优点。回路热管比单管热管效率更高且不受位置影响。