本书在介绍半导体照明器件——发光二极管的材料、机理及其制造技术后，详细讲解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。本书内容系统、全面，通过理论联系实际，重点突出了“半导体照明”主题，反映了国内外最新的科研成果。

前 言 半导体照明是指用全固态发光器件（发光二极管，即LED，是由半导体材料制成的光电器件，可将电能转换为光能）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。半导体照明有着巨大的市场与技术创新空间，对提升传统照明工业、带动相关产业发展，扩大就业、培育新的经济增长点，意义重大。 自 2003年 6月启动国家半导体照明工程以来，以节能、环保，实现绿色照明，促进传统照明产业升级，培育有国际竞争力的半导体照明新兴产业为目标，以“政府引导、企业主体、市场化运作”为原则，经过几年努力，已经形成了从上游材料、芯片到中、下游封装、应用的比较完整的研发与产业体系。到 2008年我国半导体照明产业产值已达 700亿元，芯片国产化率接近 50%，企业总数突破 3000家。我国已成为 LED全彩屏、太阳能 LED灯、景观照明等应用产品世界最大的生产和出口国，以及国际重要的 LED器件封装基地。我国半导体照明产业进入了自主创新、实现跨越式发展的重大历史机遇期，正迎来蓬勃发展的春天。预计 2010年产业规模将达 1000亿元。 本书作者从事发光二极管科研和教学工作近40年，曾于 1992年编著出版《半导体发光材料和器件》一书，以信息显示为主要内容。近20年的发展，LED发光效率提高了 100倍，特别是蓝光和白光 LED的发展，使之成为照明领域的新秀。半导体照明科研和产业的发展迫切需要一本半导体照明技术方面的专著。本书从半导体发光器件和照明两个角度，在介绍半导体照明器件——发光二极管的材料、机理及其制造技术的同时，详细阐述了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。 本书内容系统、全面，理论联系实际，重点突出了“半导体照明”主题，反映了国内外最新的技术进展，书中有些内容也反映了作者及其同事们在这一领域的科研成果。 我们希望本书对半导体照明的研发和应用感兴趣的相关人员有所帮助。本书可供高等学校有关专业的教师和学生阅读，也可供从事半导体照明研究和制造的科研人员和生产技术人员参考。 国家半导体照明工程研发及产业联盟秘书长 北京新材料科技促进中心主任 2009年5月4日

第1章 光 视觉 颜色 1.1 光 1.1.1 光的本质 1.1.2 光的产生和传播 1.1.3 人眼的光谱灵敏度 1.1.4 光度学及其测量 1.2 视觉 1.2.1 作为光学系统的人眼 1.2.2 视觉的特征与功能 1.3 颜色 1.3.1 颜色的性质 1.3.2 国际照明委员会色度学系统  1.3.3 色度学及其测量 第2章 光源 2.1 自然光源 2.1.1 太阳 2.1.2 月亮和行星 2.2 人工光源 2.2.1 人工光源的发明与发展 2.2.2 白炽灯 2.2.3 卤钨灯 2.2.4 荧光灯 2.2.5 低压钠灯 2.2.6 高压放电灯 2.2.7 无电极放电灯 2.2.8 发光二极管 2.2.9 照明的经济核算 第3章 半导体发光材料晶体导论  3.1 晶体结构 3.1.1 空间点阵 3.1.2 晶面与晶向 3.1.3 闪锌矿结构、金刚石结构和纤锌矿结构 3.1.4 缺陷及其对发光的影响 3.2 能带结构 3.3 半导体晶体材料的电学性质 3.3.1 费米能级和载流子 3.3.2 载流子的漂移和迁移率 3.3.3 电阻率和载流子浓度 3.3.4 寿命 3.4 半导体发光材料的条件 3.4.1 带隙宽度合适 3.4.2 可获得电导率高的P型和N型晶体 3.4.3 可获得完整性好的优质晶体  3.4.4 发光复合概率大 第4章 半导体的激发与发光 4.1 PN结及其特性 4.1.1 理想的PN结 4.1.2 实际的PN结 4.2 注入载流子的复合 4.2.1 复合的种类 4.2.2 辐射型复合 4.2.3 非辐射型复合 4.3 辐射与非辐射复合之间的竞争 4.4 异质结构和量子阱 4.4.1 异质结构 4.4.2 量子阱 第5章 半导体发光材料体系 5.1 砷化镓 5.2 磷化镓 5.3 磷砷化镓 5.3.1 GaAs0.60P0.40/GaAs 5.3.2 晶体中的杂质和缺陷对发光效率的影响 5.4 镓铝砷 5.5 铝镓铟磷 5.6 铟镓氮 第6章 半导体照明光源的发展和特征参量 6.1 发光二极管的发展 6.2 发光二极管材料生长方法 6.3 高亮度发光二极管芯片结构 6.3.1 单量子阱（SQW）结构 6.3.2 多量子阱（MQW）结构 6.3.3 分布布拉格反射（DBR）结构 6.3.4 透明衬底技术（Transparent Substrate，TS） 6.3.5 镜面衬底（Mirror Substrate，MS） 6.3.6 透明胶质黏结型 6.3.7 表面纹理结构 6.4 照明用LED的特征参数和要求 6.4.1 光通量（lm/灯） 6.4.2 发光效率（lm/W） 6.4.3 显色指数（CR1、Ra） 6.4.4 色温 6.4.5 寿命 6.4.6 稳定性 6.4.7 热阻 6.4.8 抗静电性能 第7章 磷砷化镓、磷化镓、镓铝砷材料生长 7.1 磷砷化镓氢化物气相外延生长（HVPE） 7.2 氢化物外延体系的热力学分析 7.3 液相外延原理 7.4 磷化镓的液相外延 7.4.1 磷化镓绿色发光材料外延生长 7.4.2 磷化镓红色发光材料外延生长 7.5 镓铝砷的液相外延 第8章 铝镓铟磷发光二极管 8.1 AlGaInP金属有机物化学气相沉积通论 8.1.1 源材料 8.1.2 生长条件 8.1.3 器件生长 8.2 外延材料的规模生产问题 8.2.1 反应器问题:输送和排空处理 8.2.2 均匀性的重要性 8.2.3 源的质量问题 8.2.4 颜色控制问题 8.2.5 生产损耗问题 8.3 电流扩展 8.3.1 欧姆接触的改进 8.3.2 p型衬底上生长 8.3.3 电流扩展窗层 8.3.4 氧化铟锡（ITO） 8.4 电流阻挡结构 8.5 光的取出 8.5.1 上窗设计 8.5.2 衬底吸收 8.5.3 分布布拉格反射LED 8.5.4 GaP晶片黏结透明衬底LED 8.5.5 胶质黏着（蓝宝石晶片黏结） 8.5.6 纹理表面结构 8.6 芯片制造技术 8.7 器件特性 第9章 铟镓氮发光二极管 9.1 GaN生长 9.1.1 未掺杂GaN 9.1.2 n型GaN 9.1.3 p型GaN 9.1.4 GaN pn结LED 9.2 InGaN生长 9.2.1 未掺InGaN 9.2.2 掺杂InGaN 9.3 InGaN LED 9.3.1 InGaN/GaN双异质结LED 9.3.2 InGaN/AlGaN双异质结LED 9.3.3 InGaN单量子阱（SQW）结构LED 9.3.4 高亮度绿色和蓝色LED 9.3.5 InGaN多量子阱（MQW）结构LED 9.3.6 紫外LED 9.3.7 AlGaN深紫外LED 9.3.8 硅衬底GaN蓝光LED 9.4 提高质量和降低成本的几个重要技术问题 9.4.1 衬底 9.4.2 缓冲层 9.4.3 激光剥离（LLO） 9.4.4 氧化铟锡（ITO） 9.4.5 表面纹理结构 9.4.6 图形衬底侧向外延技术（LEPS） 9.4.7 微矩阵发光二极管（MALED）  9.4.8 光子晶体（Photonic Crystal，PC）LED 9.4.9 金属垂直光子LED（MVP LED）  第10章 LED芯片制造技术 10.1 光刻技术 10.2 氮化硅生长 10.3 扩散 10.4 欧姆接触电极 10.5 ITO透明电极 10.6 表面粗化 10.7 光子晶体 10.8 激光剥离（Laser Liftoff，LLO） 10.9 倒装芯片技术 10.10 垂直结构芯片技术 10.11 芯片的切割 10.12 LED芯片结构的发展 第11章 白光发光二极管 11.1 新世纪光源的研制目标 11.2 人造白光的最佳化 11.2.1 发光效率和显色性的折中 11.2.2 二基色体系 11.2.3 多基色体系 11.3 荧光粉转换白光LED 11.3.1 二基色荧光粉转换白光LED 11.3.2 多基色荧光粉转换白光LED 11.3.3 紫外LED激发多基色荧光粉 11.4 多芯片白光LED 11.4.1 二基色多芯片白光LED 11.4.2 多基色多芯片白光LED 第12章 LED封装技术 12.1 LED器件的设计 12.1.1 设计原则 12.1.2 电学设计 12.1.3 热学设计 12.1.4 光学设计 12.1.5 视觉因素 12.2 LED封装技术 12.2.1 小功率LED封装 12.2.2 SMD LED的封装 12.2.3 大电流LED的封装 12.2.4 功率LED的封装 12.2.5 功率LED组件 12.2.6 铟镓氮类LED的防静电措施  第13章 发光二极管的测试 13.1 发光器件的效率 13.1.1 发光效率 13.1.2 功率效率 13.1.3 量子效率 13.2 电学参数 13.2.1 伏安特性 13.2.2 总电容 13.3 光电特性参数——光电响应特性 13.4 光度学参数 13.4.1 法向光强I0的测定 13.4.2 发光强度角分布（半强度角和偏差角） 13.4.3 总光通量的测量 13.4.4 量值传递 13.5 色度学参数 13.5.1 光谱分布曲线 13.5.2 光电积分法测量色度坐标 13.6 热学参数（结温、热阻） 13.7 静电耐受性 第14章 发光二极管的可靠性 14.1 LED可靠性概念 14.1.1 可靠性的含义 14.1.2 可靠度的定义 14.1.3 LED可靠性的相关概念 14.2 LED的失效分析 14.2.1 芯片的退化 14.2.2 环氧系塑料的寿命分析 14.2.3 管芯的寿命分析 14.2.4 荧光粉的退化 14.3 可靠性试验 14.3.1 小功率LED环境试验 14.3.2 功率LED环境试验 14.4 寿命试验 14.4.1 磷化镓发光器件的寿命试验 14.4.2 功率LED（白光）长期工作寿命试验 14.4.3 加速寿命试验 14.5 可靠性筛选 14.5.1 功率老化 14.5.2 高温老化 14.5.3 湿度试验 14.5.4 高低温循环 14.5.5 其他项目的选用 14.6 例行试验和鉴定验收试验 14.6.1 例行试验 14.6.2 鉴定验收试验 第15章 有机发光二极管 15.1 有机发光二极管材料 15.1.1 小分子有机物 15.1.2 高分子聚合物 15.1.3 镧系金属有机化合物 15.2 有机发光二极管的结构和原理 15.3 OLED实现白光的途径 15.3.1 波长转换 15.3.2 颜色混合 15.4 有机发光二极管的驱动 15.5 有机发光二极管研发现状 15.6 白光OLED发展趋势和实用化预测 第16章 半导体照明驱动和控制  16.1 LED驱动技术 16.1.1 LED的电学性能特点 16.1.2 电源驱动方案 16.1.3 驱动电路基本方案 16.1.4 LED驱动器的特性 16.1.5 LED与驱动器的匹配 16.2 LED驱动器 16.2.1 电容降压式LED驱动器 16.2.2 电感式LED驱动器 16.2.3 电荷泵式LED驱动器 16.2.4 LED恒流驱动器 16.3 LED集成驱动电路 16.3.1 电荷泵驱动LED的典型电路 16.3.2 开关式DC/DC变换器驱动LED的典型电路 16.3.3 限流开关TPS2014/TPS2015 16.3.4 六路串联白光LED驱动电路MAX8790 16.3.5 集成肖特基二极管的恒流白光LED驱动器LT3591 16.3.6 低功耗高亮度LED驱动器LM3404 16.3.7 具有诊断功能的16通道LED驱动器AS1110 16.3.8 LED集成驱动电路资料摘编 16.4 控制技术 16.4.1 调光 16.4.2 调色 16.4.3 调色温 16.4.4 智能照明 第17章 半导体照明应用 17.1 半导体照明应用产品开发原则 17.1.1 要从LED的优点出发开发应用产品 17.1.2 应用产品市场起动的判据——照明成本 17.1.3 应用产品的技术关键是散热 17.1.4 遵循功率由低到高、技术由易到难的原则 17.1.5 造型设计要创新 17.1.6 照明灯具通则 17.2 LED显示屏 17.2.1 总体发展规模 17.2.2 产品技术完善、新品继续拓展 17.3 交通信号灯 17.3.1 道路交通信号灯 17.3.2 铁路信号灯 17.3.3 机场信号灯 17.3.4 航标灯 17.3.5 路障灯 17.3.6 航空障碍灯 17.4 景观照明 17.4.1 城市景观照明的功能作用 17.4.2 光源选择以LED为佳 17.4.3 LED景观灯具 17.4.4 LED景观照明典型工程 17.4.5 景观照明走向规范化 17.5 手机应用 17.6 汽车用灯 17.7 LCD显示背光源 17.7.1 LED背光源的技术和市场状况分类概述 17.7.2 LED背光LCD TV的技术进展 17.8 微型投影机 17.8.1 微型投影之光源——HBLED 17.8.2 微型显示器件 17.8.3 微型投影机研发现状和市场前景 17.9 通用照明 17.9.1 便携式照明 17.9.2 室内照明 17.9.3 室外照明 17.10 光源效率和照明系统整体效率 第18章 半导体照明技术、市场现状和展望 18.1 LED外延 18.1.1 衬底 18.1.2 InGaN MOCVD设备的发展 18.1.3 外延工艺进展 18.2 LED芯片技术 18.3 LED封装技术 18.4 LED发光效率的发展 18.4.1 功率LED 18.4.2 功率LED的研制方向 18.4.3 功率LED组件——应用热管技术 18.5 市场现状和预测 18.5.1 高亮度LED市场现状和预测 18.5.2 中国LED应用市场现状和预测 18.6 半导体照明发展目标 参考文献