LED半导体照明衬底类型及其测量技术

Led 物理特性测量【实验原理】LED 是英文light emitting diode （发光二极管）的缩写，它属于固态光源，其基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用（如图一）。

常规的发光二极管芯片的结构如图二所示，主要分为衬底，外延层（图2中的N 型氮化镓，铝镓铟磷有源区和P 型氮化镓），透明接触层，P 型与N型电极、钝化层几部分。

图2、常规InGaN / 蓝宝石LED 芯片剖面图发光二极管的核心部分是由p 型半导体和n 型半导体组成的晶片，在p 型半导体和n 型半导体之间有一个过渡层，称为p-n 结。

跨过此p －n 结，电子从n 型材料扩散到p 区，而空穴则从p 型材料扩散到 n 区，如右面的图3（a ）所示。

作为这一相互扩散的结果，在p －n 结处形成了一个高度的e ΔV 的势垒，阻止电子和空穴的进一步扩散，达到平衡状态（见图3（b ））。

当外加一足够高的直流电压V ，且 p 型材料接正极， n 型材料接负极时，电子和空穴将克服在p －n 结处的势垒，分别流向 p 区和 n 区。

在p －n 结处，电子与空穴相遇，复合，电子由高能级跃迁到低能级，电子将多余的能量将以发射光子的形式释放出来，产生电致发光现象。

这就是发光二极管的发光原理。

选择可以改变半导体的能带 隙，从而就可以发出从紫外到红外不同波长的光线，且发光的强弱与注入电流有关， 图3、发光二极管的工作原理 2、发光二极管的特点和优点LED 的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源，它有着广泛的用途。

主要包括（1）体积小（2）耗电量低（3）使用寿命长（4）高亮度、低热量。

（5）环保（6）坚固耐用。

）））电子的电势能电子的电势能3、发光二极管的主要特性（1） 光谱分布、峰值波长和光谱辐射带宽：发光二极管所发之光并非单一波长，其波长具有正态分布的特点，在最大光谱能量(功率)处的波长成为峰值波长。

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。

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。

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。

新一代半导体照明测量技术高卫东 leogao@创新源自激情，服务助你成功LED光学性能测量技术的发展 一 LED光学性能测量技术的发展 CCD图像技术在LED光源和LED背光测量中的 图像技术在LED光源和LED 二 CCD图像技术在LED光源和LED背光测量中的 运用 Sphere技术在LED光源远场发光强 技术在LED 三 Imaging Sphere技术在LED光源远场发光强 度和背光角度特性测量中的运用 Goniometer技术在LED光源 技术在LED 四 Source Imaging Goniometer技术在LED光源 近场特性测量中的运用 五 FPMS技术在LED照明和LED背光视角特性测量 FPMS技术在LED照明和LED背光视角特性测量 技术在LED照明和LED 中的运用莎益博设计系统商贸（上海）有限公司 Cybernet CAE Systems (Shanghai) Co., Ltd.创新源自激情，服务助你成功一LED光学性能测量技术的发展 LED光学性能测量技术的发展莎益博设计系统商贸（上海）有限公司 Cybernet CAE Systems (Shanghai) Co., Ltd.创新源自激情，服务助你成功1. LED光通量（流明）、光谱（主 波长、FWHM、CRI等）和颜色（三刺激值、CCT、色坐标等）2. LED远场角度特性- 发光强度分布 - 颜色vs角度 - 均匀性3. LED近场空间特性- 亮度空间分布 - 颜色vs位置 - 均匀性莎益博设计系统商贸（上海）有限公司 Cybernet CAE Systems (Shanghai) Co., Ltd.创新源自激情，服务助你成功二CCD图像技术在LED光源和LED背光测 CCD图像技术在LED光源和LED背光测 图像技术在LED光源和LED 量中的运用莎益博设计系统商贸（上海）有限公司 Cybernet CAE Systems (Shanghai) Co., Ltd.创新源自激情，服务助你成功D图像技术：电荷藕合器件图像传感器CCD（ChargeCoupled Device），它使用一种高感光度的半导体材 料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片 转换成数字信号 ，所有的感光单位所产生的信号加 在一起，就构成了一幅完整的画面。

34技术应用T echnology and application半导体发光二极管（LED,light emitting diode ）是一种新型的发光体，具有电光转换效率高、体积小、寿命长、电压低，节能、环保等优点，是下一代理想的照明器件。

LED 光电测试是检验LED 光电性能的重要手段，相应的测试结果是评价和反映当前我国LED 产业发展水平的依据。

文章结合有关LED 测试方法的国家的相关标准，介绍了LED 光电性能测试的几个主要方面。

半导体发光二极管LED 的测试方法沈光地 北京光电子技术实验室主任半导体发光二极管（L E D）已经被广泛应用于指示灯、信号灯、仪表显示、车载光源、大屏幕显示、背光源等场合，白光L E D技术也不断地发展，L E D在照明领域的应用越来越广泛。

过去，对于L E D的测试没有较全面的国家标准和行业标准，在生产实践中只能以相对参数为依据，不同的厂家、用户、研究机构对此争议很大，导致国内L E D 产业的发展受到很大影响。

结合国内外关于L E D测试方法的各种标准，基于L E D各个应用领域的实际需求，本文从电特性、光特性、开关特性、颜色特性、热学特性、可靠性等方面进行了介绍。

LED 的发光原理1955年，美国无线电公司（R a d i o Corpor of America Rubin Braunstein）发现了砷化鎵G a A s与及其他半导体合金的红外线放射作用。

而 1962年美国通用电气公司（GE Nick Holonyak Jr）则开发出可见光的L E D。

不过，L E D真正的起飞是 1990 年代白光 LED出现后，才开始渐渐被重视，而应用面越来越广。

L E D具备二极管的特性，是一种可以将电能转化为光能的电子零件，也就是具备一正极一负极，L E D最特别的地方在于只有从正极通电才是会发光，故一般给予直流电时，L E D会稳定地发光，但如果接上交流电，L E D会呈现闪烁的型态，闪亮的频率依据输入交流电的频率而定。

技术：LED芯片16种衬底、外延及芯片结构分析【中国知网】近几年LED技术发展迅速，取得衬底、外延及芯片核心技术突破性进展。

1图形化衬底LED外延现阶段普遍使用图形化衬底（PSS），PSS目前分为微米级PSS和纳米级nPSS，微米级PSS有各种形状图形，图形高度一般1.1~1.6μm，园直径2.5~3μm，周期约4μm，采用光微投影及电浆干式蚀刻技术，一般可提高光效30~40%。

nPSS一般采用纳米压印技术，图形大小约260nm，周期约460nm，一般可提高光效70%左右。

（1）nPSS衬底对纳米模板及衬底平行度要求苛刻，nPSS优点：LED更高发光效率，均匀性更好，成本低。

如在蓝宝石衬底上用纳米压印光刻获周期为450nm园孔的六角形阵列，使绿光LED输出光功率是原来的三倍。

（2）纳米柱PSS英国塞伦公司的新技术，在蓝宝石衬底上采用独特的纳米光刻技术，形成表面的纳米柱，在此衬底上外延生长可缓解应力85%，从而大幅度减少缺陷，可提高发光亮度达80~120%，LED光效的产业化水平达200lm/w，并改善Droop效应，衰减减缓约30%。

小结：PSS能较大提高LED发光效率，特别是纳米级nPSS能更大提升LED发光效率，PSS是现阶段LED核心技术的发展趋势。

对PSS在降低成本方面有不同看法。

2同质衬底同质衬底是以GaN作衬底，生长GaN衬底有多种方法，一般采用HVPE（氢化物气相外延）或钠流法，生产GaN衬底要很好解决残留应力和表面粗糙问题，衬底厚度约400~500μm，现可产业化。

GaN衬底的优点：位错密度低（105~106个/cm2），内量子效率可达80%以上，生长时间短约2小时，节省大量原材料，可大幅度降低成本。

（1）实现高亮度LED丰田合成采用c面GaN衬底生长LED芯片，其面积为1mm2，可实现400lm光通量。

（2）HVPE生长GaN衬底产业化三菱化学、住友电工、日立电线等公司采用HVPE法生长GaN衬底，厚度450μm左右，位错密度（106~107个/cm2），三菱化学近期宣布可提供6″GaN衬底，并计划2015年将成本降至目前的十分之一。

半导体发光二极管测试方法发光二极管（LED）是一种半导体器件，能够将电能转化为光能，具有高效、节能、长寿命等特点，被广泛应用于照明、数码显示、通信等领域。

为保证LED的质量和可靠性，测试方法至关重要。

本文将介绍LED的测试方法，包括性能测试和可靠性测试。

性能测试是指对LED的电学和光学性能进行测试。

首先是电性能测试，包括正向电压-VF测试、正向电流-IF测试和反向漏电流-IR测试。

其中，VF测试可以通过直流电流源和万用表测试。

将LED正向引线连接到电流源的正极，负向引线连接到万用表的电压测量端，设置电流源输出电流为LED标称电流IF，读取万用表上的电压值即为VF。

同样的方法可以测试IF和IR。

为了减小测试误差，可以将测试过程自动化。

接下来是光学性能测试，主要包括光通量测试、光强测试和色温测试。

光通量测试用于测量LED的总辐射功率，可以使用光通量集成球进行测试。

将LED安装在光通量集成球的中心位置，并通过光电二极管将光通量收集起来，然后利用功率计进行测量。

光强测试用于测量LED发出的光的强度，可以使用光强计进行测试。

色温测试用于测量LED发出的光的颜色温度，可以使用光谱仪进行测试。

可靠性测试是指在一定的环境条件下，对LED的长期稳定性进行测试。

首先是热老化测试，通过将LED置于高温环境下，并施加一定的电流，观察LED的光亮度变化和色温变化，以评估其在高温环境下的稳定性。

其次是湿热老化测试，通过将LED置于高温高湿环境下，并施加一定的电流，观察LED的性能变化，以评估其在高温高湿环境下的稳定性。

最后是机械冲击测试，通过将LED置于冲击装置中，进行机械冲击，观察LED的性能变化，以评估其在振动环境下的稳定性。

在测试过程中，需要严格控制测试条件，如温度、湿度、电流等。

同时，需要进行数据记录和分析，以便评估LED的性能和可靠性。

测试结果应符合相关的标准和规范，如国家标准、行业标准等。

同时，测试设备和仪器应保持良好的校准状态，以确保测试结果的准确性和可靠性。