蓝光LED

PPT模板下载：美国发明家托马斯·爱迪生发明了灯泡第一批实用的白炽灯问世彼得·库珀-休伊特于发明了荧光灯蓝光LED发展历程1879年1882年1900年尼克·何伦亚克发明了可以发出红色可见光的LED，被誉为“发光二极管之父”。乔治·克劳福德发明了第一颗橙黄光LED，其亮度是先前红光LED的10倍，标志着LED向提高发光效率方向迈出的第一步。1962年1972年英国工程师亨利·约瑟夫-劳德第一次在一块碳化硅晶体里观察到电致发光现象，奠定了LED被发明的物理基础。1907年1989年赤崎勇和天野浩首次研发成功了蓝光LED1973年赤崎勇最早开始了蓝光LED的研究。1986年天野浩等利用低能电子辐照，使用了镁掺杂和金属有机物化学气相沉积生长技术，获得了低阻P型氮化镓。1993年中村修二发明基于氮化镓和铟氮化镓的具有商业应用价值的蓝光LED，被誉为“蓝光LED之父”。2014年赤崎勇、天野浩和中村修二因发明“高亮度蓝色发光二极管”荣膺2014年诺贝尔物理学奖LED的原文“light-emittingdiode”中，diode意为二极管，这将半导体PN结的注入式电致发光，与交流高压电场下的电致发光现象（EL发光线）区别开来。发光二极管主要由PN结芯片、电极和光学系统组成。其发光体——晶片的面积为10.12ml(1mil=0.0254平方毫米)，目前国际上出现大晶片LED，晶片面积达40mil。LED发光原理发光二极管的原理：当PN结正向偏置时，注入的少数载流子在界面附近与多数载流子复合并放出能量。在普通的二极管里，能量多以晶格振动（热能）的形式释放，而在发光二极管中载流子复合放出的能量部分以光子形式放出——电能转换成了光能。其发光过程包括三部分：①载流子激发；②复合辐射；③光能传输。载流子激发：激发载流子的方式有四种：（1）光致发光：是由能量大于半导体能带间隙的入射光吸收产生少数载流子的过程。它在研究半导体材料时常用。（2）阴极的射线发光：剩余载流子的产生是由高能电子电离的电子空穴对而来的。每一个入射的电子产生的电子空穴对数目是非常大的（对于一个10kev的电子，其典型数为103）。（3）放射线发光：由各种高能粒子轰击发光物体产生电子空穴对而引起发光（4）电致发光：它是由于外加电场而产生少数载流子的过程利用这种现象制成的器件有LED、LD、EL等。复合过程：电子空穴对一旦由上面提到的某种激发过程产生，电子将回到它的较低能量的平衡态并与空穴复合。这种复合能够通过两种途径发生：辐射复合，非辐射复合（不发光）。辐射复合：可直接由带间电子和空穴复合产生，也可通过由晶体自身的缺陷掺入的杂质和杂质的聚合物所形成的中间能级来产生；这些缺陷或杂质就叫做发光中心。光能传输：在发光二极管中载流子复合放出的能量部分以光子形式放出，光子的能量由半导体禁带宽度以及杂质浓度决定。光子的能量反过来与光的颜色对应，可见光的频谱范围内，蓝色光、紫色光携带的能量最多，桔色光、红色光携带的能量最少。由于不同的材料具有不同的带隙，从而能够发出不同颜色的光。三原色:色彩中不能再分解的基本色称之为原色，原色可以合成其他的颜色，而其他颜色却不能还原出本来的色彩。我们通常说的三原色，即红、绿、蓝。三原色可以混合出所有的颜色，同时相加为白色。史上第一个LED所使用的材料是砷化镓(GaAs)，其正向PN结压降为1.424V，发出的光线为红外光谱。另一种常用的LED材料为磷化镓(GaP)，其正向PN结压降为2.261V，发出的光线为绿光。基于这两种材料，早期LED工业运用GaAs1-xPx材枓结构，理论上可以生产从红外光一直到绿光范围内任何波长的LED，下标X代表磷元素取代砷元素的百分比。在蓝光LED发明之前，红光LED和绿光LED已经存在了很长一段时间，并被应用于机器仪器的显示光源，但由于光的三原色包含红、绿、蓝，只有利用蓝色光源，才能让白光显像成为可能，蓝色光源的缺失，令照明的白色光源始终无法创建。由于缺少蓝色色光，整个LED照明显示产业的瓶颈就卡在这里。在这段时间里，手机屏幕的背光都是单色的绿光，点阵显示屏最多红绿两色，有些地方应该还能见到这些历史的残留。蓝光二极管的研发——20世纪不可能完成的任务！？人们认为现有的晶体材料和工艺都无法产生能量更高的蓝光。难点：GaN薄膜的生长、浅能级高浓度p掺杂材料ZnSeGaNSiC亮度低，适用范围窄亮度足够，但寿命短难以长出整块单晶，P型掺杂难以实现，进展缓慢蓝光LED材料选择GaN基材料具备从1．9eV(InN)到6．2eV(AlN)之间连续可调的直接宽带隙，从理论可覆盖从红光至紫外光在内的整个可见光谱。GaN基材料通常NH3作为氮源，三甲基镓(TMG)为镓源，以高纯H2为载体，在高温(通常大于1000℃)进行外延生长。在衬底和外延面上的化学反应为：Ga(CH3)3(g)+NH3(g)→GaN(s)+3CH4(g)由于NH3已位于裂解，并易于与Ⅲ族金属有机物发生寄生反应，因此需要严格控制生长条件并改进生长设备。Amano等最早采用射频感应加热大气压MOVPE(AP-MoVPE)方法，生长出了量的单晶GaN薄膜材料。为了解决由于GaN生长温度高易分解而产生空位的难题Nakamara等于1990年开发了双气流大气压MOVPE(TF-MOVPE)生长技术。由于GaN生长温度高，GaN易分解，产生较多N空位。为了解决这个问题，采用双气流MOVPE(TWOFlowMOVPE，TF-MOVPE)系统。这个系统使用二组输入反应室的气路。一路称为主气路，它沿与衬底平行方向输入反应气体(NH3、TMG和H2混合物)。另一路称为副气路，它以高速度在垂直于衬底方向输入H2和N2的混合气体。副气路输入的气体的作用是改变主气流的流向和抑制生长GaN时的热对流，从而生长了具有高迁移率的GaN单晶层。P型掺杂技术GaN基蓝光LED核心部分为pn结，因此对n型掺杂和p型掺杂的控制显得尤为重要。而n型掺杂技术比较简单，主要掺杂剂为Si，由于存在氮空位，使得n型本底载流子浓度范围较高.因此GaN基LED质量好坏的关键之一是获得高质量的p型掺杂H2条件下以Mg作为主掺杂剂Mg与H原子结合形成络合物(Mg-H)。【H的钝化使Mg失去活性】掺Mg后得到的GaN薄膜存在较高的电阻率P型掺杂典型Amano高浓度p型掺杂的实现利用低能电子束辐射(LEEBI)，处理Mg掺杂的高阻GaN薄膜，得到掺杂浓度为2×10^16／cm3的p—GaN。将AlN缓冲层改为GaN使p—GaN中的空穴浓度提高到8×10^18／cm3采用热退火处理技术，在700℃以上含氢的氮气氛中退火，获得了更为均匀的p型低阻薄膜。为了克服，蓝光LED发光效率比较低的问题，可以将光子晶体放在蓝光LED里，利用光子晶体来提高发光效率，这样生产出的蓝光光子晶体LED的特色是周期长，要让发光效率提升，有几个很重要的技术。传统的LED制作非常简单，但是存在的问题点就是发光效率比较差，因为是传统的蓝光LED表面的全反射，从活性层出来的光线，会被表面全反射掉。这样的光就没有办法发射到LED外面，而光子晶体就能很好地解决这一问题。光子晶体与一般LED反射临界角光子晶体随著波长不同，会出现于周期性的结构，可以分别发展出一次元、二次元及三次元的光子晶体。一般的材料构造是属于固定构造，所以材料本身会具有的一定的折射率。波数(WaveNumber)与频率对于一般材料折射率的影响，横轴是物质的波数(WaveNumber)、纵轴是频率、斜线就代表折射率。折射率是非常等比例的成长，也就是代表说不管什么样的波数、什么样的波长，它的折射率都是一定的。那么光子晶体是什么样的结构，再从另外一个角度来说明。光子晶体的特性就是周期构造，也因此会产生多重反射。图一B表示了光子晶体所构成的波数向量数和光的频率比例，可以发现频率的曲线不像图一A是那么单纯，曲线已经会变得非常复杂，这个曲线会随着光的多方向性，就是异向性而出现变化,而随着它的偏旋光性，就可以运用来设计出不同的产品。简单来说，光子晶体它有什么样的好处与特性？一、积集度高，二、体积小，三、成本低。■利用光子晶体制作出LED除此之外，光子晶体还有其它的特性。利用它的特性，可以制作出光子晶体LED。下图是利用光子晶体制作出的二极管。蓝光LED应用前景010203照明作为光源的衍生应用蓝光LED经典应用LED背光芯片照明目前LED灯的效率已达到了300lm/W..1879年爱迪生的白炽灯泡，其效率仅约16lm/W。1900年发明的荧光灯管(含水银)，其效率达70lm/W。LED的光能效率超过了50%，因为全世界所用电力里有20%被用于照明，因此，用LED灯取代白炽灯泡和荧光灯管将极大地缩减照明用耗电量。因此LED照明的出现被称为继爱迪生发明白炽灯之后的又一次光源技术的革命。LED背光源及显示屏与传统的CCFL背光源相比：LED寿命长达10万小时，而CCFL灯管只有5000小时；LED不含有害物“汞”，且背光源功耗低，节能环保；LED背光模组有利于电视做的更轻薄；所以随着高亮度白光LED技术的成熟和成本下降，在液晶显示得到快速渗透，目前笔记本电脑几乎都已经使用LED背光源，桌面显示器和液晶电视的渗透率也在迅速提升。大尺寸液晶面板LED背光灯配备比例液晶电视面板LED背光灯需求根据全球三大照明巨头GE.Phillips.Osram预估，到2015年LED照明比例会达40%，到2020年会达70%，如果以30%的普及率估算，2015年全球LED照明相关市场规模将达1000亿美元。高亮度LED产品的主流应用在照明和背光源基本是白光LED的市场领域，这两个领域的市场空间是巨大的，因此对蓝光LED芯片的需求也是巨大的。作为光源的衍生应用灭虫：日本东北大学在《科学报告》期刊上发表的研究文章显示，科学家们已找到一种全新的蓝光LED使用方向。当蓝光LED处于正确的发射频率时，它便演变成一种有效便捷、天然无害的全新杀虫剂。研究人员首次发现，光谱蓝色区域上的可见光是杀死蚊子及果蝇等害虫的致命武器。照肚子可精确控制血糖：使用药物调整糖尿病患者体内的胰岛素，是很常见的控制血糖方式，但往往会因为下药太猛让血糖瞬间过低，或是可能对脑部或心脏造成伤害。学者研究出利用蓝光LED照射人体内的药物，让他们可以变成“开”或“关”的状态，就可以用更精确的方式调控胰岛素的多少，降低对人体的伤害。糖尿病病友吃下这种改良过的药物拿蓝光LED往皮肤上照就会改变药物的形状并且启动药物开始刺激身体释放胰岛素LED灯光关掉后，药物回到原本的形状就会停止发生作用。Thankyou!