- 工艺知识碎片化：系统梳理LED外延、芯片设计与制造全流程，构建完整知识体系。
- 技术难点突破：深入分析红光Mini/Micro LED尺寸效应、InGaN长波长极化等难题。
- 可靠性评估薄弱：详细介绍加速寿命测试模型与热管理设计，提升器件可靠性。
- 前沿技术盲区：涵盖Micro LED巨量转移、偏振发光等新技术，拓宽技术视野。
★★★
中级
入门初级中级进阶高级
- LED芯片工程师：从事芯片设计、制造或工艺优化的技术人员。
- 可靠性测试人员：专注于LED器件可靠性评估与失效分析的工程师。
- 光电子科研人员：在高校或研究所从事LED相关研究的学生和学者。
- 半导体行业从业者：希望拓展LED领域知识的相关行业人员。
- 基础巩固：先读第1-2章，理解LED发光原理与材料特性。
- 核心钻研：第3-6章是芯片制造重点，建议结合工艺实验学习。
- 可靠性强化：第10-11章涉及测试与失效，需重点掌握加速模型。
- 前沿拓展：最后关注第7章和第12章的新结构及未来趋势。
- 系统知识：掌握LED从材料、芯片到封装测试的完整技术链条。
- 工艺技能：学会MOCVD生长、光刻、刻蚀等关键制造工艺细节。
- 可靠性方法：熟练运用加速寿命测试模型评估器件寿命。
- 创新视野：了解Micro LED、柔性LED等前沿技术发展方向。
- 工程能力：提升解决LED研发生产中实际问题的能力。
📖 书籍简介
产品特色
编辑推荐
《LED芯片制造及可靠性测试技术》是一系统全面、深入详尽地阐述LED外延、芯片设计与制造技术的权威著作。由多位领域内一线专家联合撰写，全书立足于半导体物理与材料科学的基本原理，系统梳理了从LED发光机理、材料制备与检测，到各类色光LED（红、黄、蓝、绿、紫外）外延芯片设计制造，再到器件封装、热管理及可靠性测试的完整知识体系。
本书具有以下显著特色：
1. 内容系统全面，覆盖全产业链核心环节
从LED基本原理、材料外延生长与检测技术入手，逐章深入AlGaInP、InGaN、AlGaN等材料体系的LED芯片设计、制造与工艺优化，并延伸至器件封装、热特性与可靠性测试，形成从理论到应用、从芯片到器件的完整技术闭环。
2. 紧密结合产业前沿，突出关键技术挑战与解决方案
不仅系统介绍了DBR结构、全方位反射镜、倒装芯片、垂直结构、高压LED等主流技术，还重点探讨了红光Mini/Micro LED的尺寸效应与电流扩展、InGaN长波长LED的极化与局域化问题、紫外LED的掺杂与光提取难题、以及Micro LED巨量转移与全彩化等前沿热点，直面产业痛点。
3. 注重工程实践，强调工艺细节与性能提升
各章节详细给出了外延结构设计、MOCVD生长条件、芯片制造工艺（光刻、蒸镀、刻蚀、沉积、退火等）及光效提升技术（表面粗化、侧壁腐蚀、DBR、等离激元等），具有较强的操作指导性和工程参考价值。
4. 涵盖新结构与新技术，展望未来发展方向
专门设立章节介绍偏振发光LED、谐振腔LED、定向辐射LED、柔性LED、Core-Shell LED等新型芯片结构，同时引入健康监测、机器学习、数字孪生在LED可靠性中的应用，体现了技术的前瞻性与交叉融合趋势。
5. 理论深度与实用性并重，适合多层次读者
既有对位错、极化、掺杂、量子阱能带工程等物理机制的深刻剖析，也有对测试标准、热管理设计、加速寿命模型等工程问题的系统讲解，可作为高校微电子、光电子、材料科学等专业研究生的教学参考书，也可供LED芯片制造、封装、应用及可靠性工程领域的科研人员与工程师常备查阅。
本书是近年来LED外延芯片领域难得一见的重磅之作，兼具学术价值与工程指导意义，有助于读者构建完整的知识体系、把握技术演进脉络并解决实际研发生产中的关键问题。
本书具有以下显著特色：
1. 内容系统全面，覆盖全产业链核心环节
从LED基本原理、材料外延生长与检测技术入手，逐章深入AlGaInP、InGaN、AlGaN等材料体系的LED芯片设计、制造与工艺优化，并延伸至器件封装、热特性与可靠性测试，形成从理论到应用、从芯片到器件的完整技术闭环。
2. 紧密结合产业前沿，突出关键技术挑战与解决方案
不仅系统介绍了DBR结构、全方位反射镜、倒装芯片、垂直结构、高压LED等主流技术，还重点探讨了红光Mini/Micro LED的尺寸效应与电流扩展、InGaN长波长LED的极化与局域化问题、紫外LED的掺杂与光提取难题、以及Micro LED巨量转移与全彩化等前沿热点，直面产业痛点。
3. 注重工程实践，强调工艺细节与性能提升
各章节详细给出了外延结构设计、MOCVD生长条件、芯片制造工艺（光刻、蒸镀、刻蚀、沉积、退火等）及光效提升技术（表面粗化、侧壁腐蚀、DBR、等离激元等），具有较强的操作指导性和工程参考价值。
4. 涵盖新结构与新技术，展望未来发展方向
专门设立章节介绍偏振发光LED、谐振腔LED、定向辐射LED、柔性LED、Core-Shell LED等新型芯片结构，同时引入健康监测、机器学习、数字孪生在LED可靠性中的应用，体现了技术的前瞻性与交叉融合趋势。
5. 理论深度与实用性并重，适合多层次读者
既有对位错、极化、掺杂、量子阱能带工程等物理机制的深刻剖析，也有对测试标准、热管理设计、加速寿命模型等工程问题的系统讲解，可作为高校微电子、光电子、材料科学等专业研究生的教学参考书，也可供LED芯片制造、封装、应用及可靠性工程领域的科研人员与工程师常备查阅。
本书是近年来LED外延芯片领域难得一见的重磅之作，兼具学术价值与工程指导意义，有助于读者构建完整的知识体系、把握技术演进脉络并解决实际研发生产中的关键问题。
内容简介
《LED芯片制造及可靠性测试技术》对LED芯片制造及可靠性测试技术进行了全面且系统的深入剖析，旨在为读者提供清晰、详尽的学习和实践指南。书中不仅涵盖了LED芯片制造的基本原理、工艺流程，还深入探讨了可靠性测试的关键技术和方法。具体内容包括LED基本原理、参数与特性，LED材料制备方法与检测技术，AlGaInP黄红光LED外延芯片设计与制造技术，InGaN蓝绿光LED外延芯片设计与制造技术，InGaN基长波长LED，AlGaN紫外LED外延芯片设计与制造技术，LED芯片新结构与新技术，LED器件封装与测试技术，LED器件热特性，以及LED器件可靠性及加速测试模型。本书可作为LED芯片设计工程师、制造工程师、测试工程师及相关领域科研人员的参考书籍，也可作为高等院校电子科学与技术、光电子技术、材料科学与工程等相关专业的教学参考书。
作者简介
伊晓燕，女，博士，研究员，博士生导师。2006年6月获中国科学院半导体研究所微电子学与固体电子学博士学位。现任中国科学院半导体研究所研究员，博士生导师，国家高层次人才计划入选者，国家重点研发计划项目负责人，中国科学院大学教授，中国科学院青促会会员，北京市第三代半导体材料与应用工程中心副主任。主要从事氮化物材料与新型光电子器件研究，主要研究领域包括:宽禁带半导体材料高效发光器件、面向下一代光互连光电器件、脑机接口/神经调控用光电器件及系统集成等。作为项目负责人主持并完成国家重点研发计划、863计划、国家自然科学基金等10余项国家任务。在氮化物材料与发光器件领域发表学术论文170余篇，授权专利45件，6项成果通过成果鉴定。获国家科技进步一等奖、国家技术发明二等
奖、北京市科技发明一等奖、中国优秀专利奖等。
郭伟玲，北京工业大学教授、博导，光电子技术教育部重点实验室副主任。天津大学学士;北京工业大学硕士和博士，曾在香港大学从事OLED研究工作。主要研究方向为半导体激光发光器件、GaN功率电子器件和半导体器件热特性和可靠性研究。承担和参与科技部、教育部和北京市等重大项目30余项;发表论文120余篇;申请专利30余项;获国家和省部级奖励4项。主编《LED器件与工艺技术》专著一部，任《照明工程学报》副主编、中国照明学会理事。
樊嘉杰，男，博士，青年研究员，博士生导师。现任复旦大学智能机器人与先进制造创新学院青年研究员/博士生导师。2014年5月获香港理工大学工业与系统工程专业博士学位，期间在美国马里兰大学(帕克分校)联合培养。2014年至今在荷兰代尔夫特理工大学微电子工程系先后担任博士后、访问学者、客座研究员。长期从事宽禁带半导体先进封装可靠性研究。迄今共发表学术论文200余篇，其中在Laser Photonics Rev、 Microsystems &Nanoengineering、Acta Materialia、 IEEETPEL等高质量期刊上发表论文多篇，授权发明专利(排名第一)10余件(已转让2件)，牵头制定ISA国际标准(技术推荐)1项、CSA/CASA团体标准2项。主持国家自然科学基金项目3项，以及上海市科技计划、江苏省自然科学基金等。获得国际半导体照明联盟突出贡献奖、上海市科技进步奖、江苏省科学技术奖、中国仪器仪表学会科技进步奖等。入选第三代半导体卓越创新青年、上海市浦江人才计划、上海市东方英才计划、江苏省青年科技人才托举工程、江苏省六大人才高峰高层次人才B类等。
奖、北京市科技发明一等奖、中国优秀专利奖等。
郭伟玲，北京工业大学教授、博导，光电子技术教育部重点实验室副主任。天津大学学士;北京工业大学硕士和博士，曾在香港大学从事OLED研究工作。主要研究方向为半导体激光发光器件、GaN功率电子器件和半导体器件热特性和可靠性研究。承担和参与科技部、教育部和北京市等重大项目30余项;发表论文120余篇;申请专利30余项;获国家和省部级奖励4项。主编《LED器件与工艺技术》专著一部，任《照明工程学报》副主编、中国照明学会理事。
樊嘉杰，男，博士，青年研究员，博士生导师。现任复旦大学智能机器人与先进制造创新学院青年研究员/博士生导师。2014年5月获香港理工大学工业与系统工程专业博士学位，期间在美国马里兰大学(帕克分校)联合培养。2014年至今在荷兰代尔夫特理工大学微电子工程系先后担任博士后、访问学者、客座研究员。长期从事宽禁带半导体先进封装可靠性研究。迄今共发表学术论文200余篇，其中在Laser Photonics Rev、 Microsystems &Nanoengineering、Acta Materialia、 IEEETPEL等高质量期刊上发表论文多篇，授权发明专利(排名第一)10余件(已转让2件)，牵头制定ISA国际标准(技术推荐)1项、CSA/CASA团体标准2项。主持国家自然科学基金项目3项，以及上海市科技计划、江苏省自然科学基金等。获得国际半导体照明联盟突出贡献奖、上海市科技进步奖、江苏省科学技术奖、中国仪器仪表学会科技进步奖等。入选第三代半导体卓越创新青年、上海市浦江人才计划、上海市东方英才计划、江苏省青年科技人才托举工程、江苏省六大人才高峰高层次人才B类等。
目录
目录
前言
第1章 LED基本原理、参数与特性 1
1.2.2 极化特性 17
1.2.3 缺陷和掺杂 19
1.3 pn结和异质结构 22
1.3.1 pn结基本结构和特性 22
1.3.2 pn结载流子输运 23
1.3.3 异质结/量子阱有源区结构 24
1.4 LED芯片中的电致发光 26
1.4.1 LED基本特性 26
1.4.2 高效率LED设计要素 29
1.4.3 典型的白光LED技术路线 30
1.4.4 高效率紫外LED关键问题 31
1.5 LED芯片的光提取 33
1.5.1 LED芯片的外形优化 34
1.5.2 表面粗化和图形化衬底 35
1.5.3 倒装芯片 35
1.6 小结 36
参考文献 36
第2章 LED材料制备方法与检测技术
2.1 外延技术的基本原理 38
2.1.1 薄膜成核生长热力学 39
2.1.2 薄膜的生长模式 42
2.1.4 衬底对外延生长的影响 45
2.1.5 外延中的掺杂 47
2.2 LED的外延生长技术 48
2.2.1 MOCVD外延生长技术 48
2.2.2 分子束外延技术 55
2.2.3 其他外延技术 57
2.3 LED相关检测技术 58
2.3.1 XRD测量方法 58
2.3.2 光致发光谱 66
2.3.3 扫描电子显微镜 70
2.3.4 透射电子显微镜 77
2.3.5 原子力显微镜 85
2.3.6 霍尔测量 88
2.3.7 电容-电压测量方法 90
2.4 小结 94
参考文献 95
第3章 A lGaInP黄红光LED外延芯片设计与制造技术
3.1 AlGaInP与AlGaAs材料体系 98
3.2 AlGaInP黄红光LED芯片及外延结构设计 101
3.2.1 黄红光LED的发展历史 101
3.2.2 黄红光LED的芯片结构设计类型 102
3.2.3 黄红光LED外量子效率的影响因素 110
3.3 具有DBR结构的AlGaInP红光LED外延、芯片制造技术 114
3.3.1 红光外延机理 114
3.3.2 具有DBR的AlGaInP红光LED外延 116
3.3.3 具有DBR的AlGaInP红光LED芯片制造 120
3.4 具有全方位反射镜的AlGaInP黄红光LED外延、芯片制造技术 120
3.4.1 具有全方位反射镜LED的外延生长技术 120
3.4.2 晶圆键合技术 123
3.4.3 表面粗化技术 126
3.4.4 具有全方位反射镜LED的芯片制备工艺 128
3.5 倒装AlGaInP红光LED制造技术 129
3.5.1 透明键合技术 130
3.5.2 浅粗化技术 133
3.5.3 红光MiniLED芯片的电极结构
3.5.4 倒装红光LED的芯片制备工艺 137
3.6 红光M icro LED外延、芯片制造技术 138
3.6.1 红光Micro LED的尺寸效应 138
3.6.2 Micro LED内部电流扩展 139
3.6.3 Micro LED的温度效应 142
3.6.4 Micro LED的侧面效应 145
3.6.5 红光Micro LED的芯片制备工艺 151
3.7 小结 153
参考文献 153
第4章 InGaN蓝绿光LED外延芯片设计与制造技术
4.1 衬底技术 156
4.2 GaN外延生长 159
4.3 InGaN蓝绿光LED外延结构设计 162
4.3.1 衬底 163
4.3.2 缓冲层 163
4.3.3 3D层 163
4.3.4 2D层 163
4.3.5 n-GaN 164
4.3.6 初级阻挡层 164
4.3.7 MQW层 164
4.3.8 低温P层 165
4.3.9 电子阻挡层 165
4.3.10 高温P层 166
4.3.11 欧姆接触层 166
4.4 InGaN蓝绿光LED外延制造技术 166
4.4.1 翘曲 166
4.4.2 n-GaN厚度 168
4.4.3 2D层轻掺杂Si 169
4.4.4 n-AlGaN 169
4.4.5 n-GaN SL 169
4.4.6 极化与MQW设计 170
4.4.7 量子阱周期厚度 172
4.4.8 量子阱界面处理与结晶质量 173
4.4.9 V形坑 174
4.4.10 电子阻挡层的演变
4.4.11 HTP凹形掺杂 178
4.4.12 ESD电容模型 178
4.4.13 ESD电阻模型 179
4.4.14 整体性考虑问题 180
4.5 InGaN蓝绿光LED芯片结构 181
4.5.1 正装LED芯片结构 181
4.5.2 倒装LED芯片结构 184
4.5.3 垂直LED芯片结构 186
4.5.4 高压LED芯片结构 188
4.6 InGaN蓝绿光LED芯片制造 191
4.6.1 光刻工艺 191
4.6.2 蒸镀工艺 194
4.6.3 刻蚀工艺 196
4.6.4 沉积工艺 197
4.6.5 清洗工艺 198
4.6.6 退火工艺 199
4.6.7 研磨抛光工艺 200
4.7 LnGaN蓝绿光LED芯片光效提升技术 203
4.7.1 透明导电层 203
4.7.2 侧壁腐蚀 204
4.7.3 表面粗化 206
4.7.4 分布式布拉格反射镜 209
4.7.5 反射电极 211
4.7.6 激光隐形切割 214
4.7.7 表面等离激元 216
4.8 小结 219
参考文献 219
第5章 InGaN基长波长LED
5.1 InGaN基长波长LED的背景和应用 225
5.2 InGaN基长波长高效LED面临的主要技术挑战 227
5.2.1 点缺陷 227
5.2.2 应力与极化 228
5.2.3 局域化 230
5.2.4 其他重要问题 234
5.3 InGaN基长波长LED的关键技术 236
5.3.1 衬底技术 236
5.3.2 应力缓冲层 237
5.3.3 可控V形坑技术 238
5.3.4 其他关键技术 239
5.4 长波长μLED与显示技术 241
5.5 小结 245
参考文献 246
第6章 A lGaN紫外LED外延芯片设计与制造技术 255
6.1 紫外LED的基本结构 256
6.2 Al（Ga）N模板材料质量提升技术 256
6.2.1 AlN单晶衬底 256
6.2.2 生长模式调制 257
6.2.3 纳米图形侧向外延技术 259
6.2.4 高温退火技术 260
6.3 AlGaN的n型掺杂技术 261
6.3.1 Si的激活能与施主补偿 261
6.3.2 高效n型掺杂技术 263
6.4 AlGaN的p型掺杂技术 264
6.4.1 短周期超晶格掺杂技术 264
6.4.2 组分渐变极化诱导掺杂技术 265
6.4.3 非平衡量子点掺杂技术 265
6.4.4 隧穿结 266
6.5 量子结构设计 267
6.5.1 多量子阱结构设计 268
6.5.2 电子阻挡层技术 269
6.6 高效光提取技术 270
6.6.1 台面侧壁反射镜技术 271
6.6.2 出光面修饰技术 272
6.6.3 构筑微纳米结构 273
6.6.4 光子晶体 274
6.6.5 薄膜型器件 275
6.7 小结 276
参考文献 277
第7章 LED芯片新结构与新技术 287
7.1 LED芯片新结构设计与制造技术 287
7.1.1 结构设计 288
7.1.2 制造技术 295
7.2 偏振发光LED芯片 299
7.2.1 LED发光偏振特性 299
7.2.2 线偏振发光LED/Micro LED芯片 300
7.2.3 圆偏振发光LED芯片 309
7.2.4 偏振发光LED芯片应用 311
7.3 谐振腔LED芯片 318
7.3.1 谐振腔LED芯片研究现状 318
7.3.2 谐振腔LED发光远场分布和光谱展宽 324
7.3.3 谐振腔结构设计 325
7.3.4 谐振腔LED芯片制备和性能 331
7.3.5 谐振腔LED应用 339
7.4 定向辐射LED芯片 340
7.4.1 定向辐射实现方法和Meta-Surface简述 340
7.4.2 定向辐射LED设计和性能分析 343
7.4.3 定向辐射LED芯片制备 347
7.4.4 定向辐射LED芯片应用 347
7.5 柔性LED芯片 350
7.5.1 基于转移印制的柔性LED 350
7.5.2 垂直结构柔性LED 355
7.5.3 金属衬底生长柔性LED 357
7.5.4 插入层柔性LED 361
7.5.5 柔性LED的应用 362
7.6 其他LED芯片新结构与新技术 364
7.6.1 Core-ShellLED 364
7.6.2 金字塔垂直结构LED 365
7.6.3 新型白光LED 366
7.6.4 其他新结构与新技术 370
7.7 小结 372
参考文献 372
第8章 LED器件封装与测试技术 377
8.1 LED器件封装设计 377
8.1.1 LED封装功能 377
8.1.2 LED封装光学设计 378
8.1.3 LED封装热学设计 379
8.1.4 LED封装电学设计 381
8.1.5 LED封装防硫化设计 382
8.2 LED器件封装材料 383
8.2.1 LED封装支架 383
8.2.2 LED固晶材料 392
8.2.3 LED键合引线 395
8.2.4 LED灌封胶 396
8.2.5 LED荧光粉 397
8.2.6 LED用量子点发光材料 399
8.2.7 LED光学透镜/反光杯 400
8.3 LED器件封装结构 402
8.3.1 SMD封装结构 402
8.3.2 COB封装结构 403
8.3.3 CSP封装结构 405
8.3.4 灯丝型封装结构 407
8.3.5 其他类型封装结构 408
8.4 白光LED器件封装技术 410
8.4.1 白光发光原理与实现形式 410
8.4.2 白光LED封装工艺 411
8.4.3 大功率白光LED封装技术 414
8.4.4 可调全光谱白光LED封装技术 416
8.4.5 量子点白光LED封装技术 417
8.5 M icro LED器件封装技术 418
8.5.1 巨量转移技术 419
8.5.2 色彩转换技术 420
8.5.3 单色Micro LED封装技术 421
8.5.4 全彩Micro LED封装技术 423
8.6 紫外LED器件封装技术 424
8.6.1 耐受紫外封装材料 425
8.6.2 全无机气密封装结构 427
8.6.3 紫外LED封装工艺 429
8.7 LED器件测试技术 430
8.7.1 LED器件特征参数 431
8.7.2 LED器件测试标准 440
8.7.3 LED器件测试方法 444
8.8 小结 447
参考文献 447
第9章 LED器件热特性 450
9.1 LED的温度特性 450
9.1.1 LED电学特性与温度的关系 450
9.1.2 LED光学特性与温度的关系 452
9.1.3 LED光电特性与温度的关系 456
9.1.4 LED色度学特性与温度的关系 458
9.1.5 温度对LED光源可靠性的影响 459
9.2 LED的结温与热阻测试方法 461
9.2.1 LED的结温、热阻及相关测试模型 461
9.2.2 红外热像仪法测量LED的结温与热阻 463
9.2.3 光谱法测量LED的结温与热阻 465
9.2.4 电学法测量LED的结温与热阻 468
9.3 LED的热管理 472
9.3.1 影响LED热特性的因素 472
9.3.2 热传导能力、散热能力、热稳定性 473
9.3.3 LED散热材料 473
9.3.4 LED散热设计 478
9.3.5 优化应用条件，提高器件的热特性 485
9.4 小结 487
参考文献 488
第10章 LED器件可靠性及加速测试模型 491
10.1 LED器件可靠性测试基本原理及标准 491
10.1.1 LED器件可靠性测试标准 491
10.1.2 先进的流明维持寿命估算方法 495
10.2 LED器件可靠性测试模型 497
10.2.1 LED器件高加速极限温度应力测试 497
10.2.2 LED器件加速可靠性测试 503
10.3 LED器件加速可靠性测试数据统计 504
10.3.1 恒定应力加速可靠性测试 504
10.3.2 步进应力加速可靠性测试 507
10.3.3 加速测试失效机理一致性分析 510
10.4 LED系统可靠性评估模型 512
10.4.1 LED子系统 513
10.4.2 LED系统可靠性模型 513
10.4.3 LED系统可靠性统计分析 514
10.4.4 LED系统可靠性分析案例 516
10.5 健康监测、机器学习和数字孪生在LED可靠性方面的应用 520
10.5.1 PoF方法 522
10.5.2 数据驱动方法 526
10.5.3 LED的融合预测方法 543
10.5.4 诊断预测方法面临的挑战和机遇 543
10.6 小结 545
参考文献 547
前言
第1章 LED基本原理、参数与特性 1
1.2.2 极化特性 17
1.2.3 缺陷和掺杂 19
1.3 pn结和异质结构 22
1.3.1 pn结基本结构和特性 22
1.3.2 pn结载流子输运 23
1.3.3 异质结/量子阱有源区结构 24
1.4 LED芯片中的电致发光 26
1.4.1 LED基本特性 26
1.4.2 高效率LED设计要素 29
1.4.3 典型的白光LED技术路线 30
1.4.4 高效率紫外LED关键问题 31
1.5 LED芯片的光提取 33
1.5.1 LED芯片的外形优化 34
1.5.2 表面粗化和图形化衬底 35
1.5.3 倒装芯片 35
1.6 小结 36
参考文献 36
第2章 LED材料制备方法与检测技术
2.1 外延技术的基本原理 38
2.1.1 薄膜成核生长热力学 39
2.1.2 薄膜的生长模式 42
2.1.4 衬底对外延生长的影响 45
2.1.5 外延中的掺杂 47
2.2 LED的外延生长技术 48
2.2.1 MOCVD外延生长技术 48
2.2.2 分子束外延技术 55
2.2.3 其他外延技术 57
2.3 LED相关检测技术 58
2.3.1 XRD测量方法 58
2.3.2 光致发光谱 66
2.3.3 扫描电子显微镜 70
2.3.4 透射电子显微镜 77
2.3.5 原子力显微镜 85
2.3.6 霍尔测量 88
2.3.7 电容-电压测量方法 90
2.4 小结 94
参考文献 95
第3章 A lGaInP黄红光LED外延芯片设计与制造技术
3.1 AlGaInP与AlGaAs材料体系 98
3.2 AlGaInP黄红光LED芯片及外延结构设计 101
3.2.1 黄红光LED的发展历史 101
3.2.2 黄红光LED的芯片结构设计类型 102
3.2.3 黄红光LED外量子效率的影响因素 110
3.3 具有DBR结构的AlGaInP红光LED外延、芯片制造技术 114
3.3.1 红光外延机理 114
3.3.2 具有DBR的AlGaInP红光LED外延 116
3.3.3 具有DBR的AlGaInP红光LED芯片制造 120
3.4 具有全方位反射镜的AlGaInP黄红光LED外延、芯片制造技术 120
3.4.1 具有全方位反射镜LED的外延生长技术 120
3.4.2 晶圆键合技术 123
3.4.3 表面粗化技术 126
3.4.4 具有全方位反射镜LED的芯片制备工艺 128
3.5 倒装AlGaInP红光LED制造技术 129
3.5.1 透明键合技术 130
3.5.2 浅粗化技术 133
3.5.3 红光MiniLED芯片的电极结构
3.5.4 倒装红光LED的芯片制备工艺 137
3.6 红光M icro LED外延、芯片制造技术 138
3.6.1 红光Micro LED的尺寸效应 138
3.6.2 Micro LED内部电流扩展 139
3.6.3 Micro LED的温度效应 142
3.6.4 Micro LED的侧面效应 145
3.6.5 红光Micro LED的芯片制备工艺 151
3.7 小结 153
参考文献 153
第4章 InGaN蓝绿光LED外延芯片设计与制造技术
4.1 衬底技术 156
4.2 GaN外延生长 159
4.3 InGaN蓝绿光LED外延结构设计 162
4.3.1 衬底 163
4.3.2 缓冲层 163
4.3.3 3D层 163
4.3.4 2D层 163
4.3.5 n-GaN 164
4.3.6 初级阻挡层 164
4.3.7 MQW层 164
4.3.8 低温P层 165
4.3.9 电子阻挡层 165
4.3.10 高温P层 166
4.3.11 欧姆接触层 166
4.4 InGaN蓝绿光LED外延制造技术 166
4.4.1 翘曲 166
4.4.2 n-GaN厚度 168
4.4.3 2D层轻掺杂Si 169
4.4.4 n-AlGaN 169
4.4.5 n-GaN SL 169
4.4.6 极化与MQW设计 170
4.4.7 量子阱周期厚度 172
4.4.8 量子阱界面处理与结晶质量 173
4.4.9 V形坑 174
4.4.10 电子阻挡层的演变
4.4.11 HTP凹形掺杂 178
4.4.12 ESD电容模型 178
4.4.13 ESD电阻模型 179
4.4.14 整体性考虑问题 180
4.5 InGaN蓝绿光LED芯片结构 181
4.5.1 正装LED芯片结构 181
4.5.2 倒装LED芯片结构 184
4.5.3 垂直LED芯片结构 186
4.5.4 高压LED芯片结构 188
4.6 InGaN蓝绿光LED芯片制造 191
4.6.1 光刻工艺 191
4.6.2 蒸镀工艺 194
4.6.3 刻蚀工艺 196
4.6.4 沉积工艺 197
4.6.5 清洗工艺 198
4.6.6 退火工艺 199
4.6.7 研磨抛光工艺 200
4.7 LnGaN蓝绿光LED芯片光效提升技术 203
4.7.1 透明导电层 203
4.7.2 侧壁腐蚀 204
4.7.3 表面粗化 206
4.7.4 分布式布拉格反射镜 209
4.7.5 反射电极 211
4.7.6 激光隐形切割 214
4.7.7 表面等离激元 216
4.8 小结 219
参考文献 219
第5章 InGaN基长波长LED
5.1 InGaN基长波长LED的背景和应用 225
5.2 InGaN基长波长高效LED面临的主要技术挑战 227
5.2.1 点缺陷 227
5.2.2 应力与极化 228
5.2.3 局域化 230
5.2.4 其他重要问题 234
5.3 InGaN基长波长LED的关键技术 236
5.3.1 衬底技术 236
5.3.2 应力缓冲层 237
5.3.3 可控V形坑技术 238
5.3.4 其他关键技术 239
5.4 长波长μLED与显示技术 241
5.5 小结 245
参考文献 246
第6章 A lGaN紫外LED外延芯片设计与制造技术 255
6.1 紫外LED的基本结构 256
6.2 Al（Ga）N模板材料质量提升技术 256
6.2.1 AlN单晶衬底 256
6.2.2 生长模式调制 257
6.2.3 纳米图形侧向外延技术 259
6.2.4 高温退火技术 260
6.3 AlGaN的n型掺杂技术 261
6.3.1 Si的激活能与施主补偿 261
6.3.2 高效n型掺杂技术 263
6.4 AlGaN的p型掺杂技术 264
6.4.1 短周期超晶格掺杂技术 264
6.4.2 组分渐变极化诱导掺杂技术 265
6.4.3 非平衡量子点掺杂技术 265
6.4.4 隧穿结 266
6.5 量子结构设计 267
6.5.1 多量子阱结构设计 268
6.5.2 电子阻挡层技术 269
6.6 高效光提取技术 270
6.6.1 台面侧壁反射镜技术 271
6.6.2 出光面修饰技术 272
6.6.3 构筑微纳米结构 273
6.6.4 光子晶体 274
6.6.5 薄膜型器件 275
6.7 小结 276
参考文献 277
第7章 LED芯片新结构与新技术 287
7.1 LED芯片新结构设计与制造技术 287
7.1.1 结构设计 288
7.1.2 制造技术 295
7.2 偏振发光LED芯片 299
7.2.1 LED发光偏振特性 299
7.2.2 线偏振发光LED/Micro LED芯片 300
7.2.3 圆偏振发光LED芯片 309
7.2.4 偏振发光LED芯片应用 311
7.3 谐振腔LED芯片 318
7.3.1 谐振腔LED芯片研究现状 318
7.3.2 谐振腔LED发光远场分布和光谱展宽 324
7.3.3 谐振腔结构设计 325
7.3.4 谐振腔LED芯片制备和性能 331
7.3.5 谐振腔LED应用 339
7.4 定向辐射LED芯片 340
7.4.1 定向辐射实现方法和Meta-Surface简述 340
7.4.2 定向辐射LED设计和性能分析 343
7.4.3 定向辐射LED芯片制备 347
7.4.4 定向辐射LED芯片应用 347
7.5 柔性LED芯片 350
7.5.1 基于转移印制的柔性LED 350
7.5.2 垂直结构柔性LED 355
7.5.3 金属衬底生长柔性LED 357
7.5.4 插入层柔性LED 361
7.5.5 柔性LED的应用 362
7.6 其他LED芯片新结构与新技术 364
7.6.1 Core-ShellLED 364
7.6.2 金字塔垂直结构LED 365
7.6.3 新型白光LED 366
7.6.4 其他新结构与新技术 370
7.7 小结 372
参考文献 372
第8章 LED器件封装与测试技术 377
8.1 LED器件封装设计 377
8.1.1 LED封装功能 377
8.1.2 LED封装光学设计 378
8.1.3 LED封装热学设计 379
8.1.4 LED封装电学设计 381
8.1.5 LED封装防硫化设计 382
8.2 LED器件封装材料 383
8.2.1 LED封装支架 383
8.2.2 LED固晶材料 392
8.2.3 LED键合引线 395
8.2.4 LED灌封胶 396
8.2.5 LED荧光粉 397
8.2.6 LED用量子点发光材料 399
8.2.7 LED光学透镜/反光杯 400
8.3 LED器件封装结构 402
8.3.1 SMD封装结构 402
8.3.2 COB封装结构 403
8.3.3 CSP封装结构 405
8.3.4 灯丝型封装结构 407
8.3.5 其他类型封装结构 408
8.4 白光LED器件封装技术 410
8.4.1 白光发光原理与实现形式 410
8.4.2 白光LED封装工艺 411
8.4.3 大功率白光LED封装技术 414
8.4.4 可调全光谱白光LED封装技术 416
8.4.5 量子点白光LED封装技术 417
8.5 M icro LED器件封装技术 418
8.5.1 巨量转移技术 419
8.5.2 色彩转换技术 420
8.5.3 单色Micro LED封装技术 421
8.5.4 全彩Micro LED封装技术 423
8.6 紫外LED器件封装技术 424
8.6.1 耐受紫外封装材料 425
8.6.2 全无机气密封装结构 427
8.6.3 紫外LED封装工艺 429
8.7 LED器件测试技术 430
8.7.1 LED器件特征参数 431
8.7.2 LED器件测试标准 440
8.7.3 LED器件测试方法 444
8.8 小结 447
参考文献 447
第9章 LED器件热特性 450
9.1 LED的温度特性 450
9.1.1 LED电学特性与温度的关系 450
9.1.2 LED光学特性与温度的关系 452
9.1.3 LED光电特性与温度的关系 456
9.1.4 LED色度学特性与温度的关系 458
9.1.5 温度对LED光源可靠性的影响 459
9.2 LED的结温与热阻测试方法 461
9.2.1 LED的结温、热阻及相关测试模型 461
9.2.2 红外热像仪法测量LED的结温与热阻 463
9.2.3 光谱法测量LED的结温与热阻 465
9.2.4 电学法测量LED的结温与热阻 468
9.3 LED的热管理 472
9.3.1 影响LED热特性的因素 472
9.3.2 热传导能力、散热能力、热稳定性 473
9.3.3 LED散热材料 473
9.3.4 LED散热设计 478
9.3.5 优化应用条件，提高器件的热特性 485
9.4 小结 487
参考文献 488
第10章 LED器件可靠性及加速测试模型 491
10.1 LED器件可靠性测试基本原理及标准 491
10.1.1 LED器件可靠性测试标准 491
10.1.2 先进的流明维持寿命估算方法 495
10.2 LED器件可靠性测试模型 497
10.2.1 LED器件高加速极限温度应力测试 497
10.2.2 LED器件加速可靠性测试 503
10.3 LED器件加速可靠性测试数据统计 504
10.3.1 恒定应力加速可靠性测试 504
10.3.2 步进应力加速可靠性测试 507
10.3.3 加速测试失效机理一致性分析 510
10.4 LED系统可靠性评估模型 512
10.4.1 LED子系统 513
10.4.2 LED系统可靠性模型 513
10.4.3 LED系统可靠性统计分析 514
10.4.4 LED系统可靠性分析案例 516
10.5 健康监测、机器学习和数字孪生在LED可靠性方面的应用 520
10.5.1 PoF方法 522
10.5.2 数据驱动方法 526
10.5.3 LED的融合预测方法 543
10.5.4 诊断预测方法面临的挑战和机遇 543
10.6 小结 545
参考文献 547
前言/序言
前言
半导体照明与显示技术作为21世纪最具发展潜力的高新技术之一，正以前所未有的速度推动着人类照明与显示方式的变革。LED（LightEmittingDiode，发光二极管）作为其核心器件，不仅在能效、寿命和环保方面展现出显著优势，而且在通用照明、高端显示、医疗健康、农业光照、紫外固化、光通信等众多领域展现出了广阔的应用前景，成为超越照明的代表性光电子信息技术。本书以LED芯片制造及可靠性测试技术为核心，系统阐述了从LED基本原理、材料制备、芯片设计与制造，到封装测试、热管理、可靠性评估的完整技术链条。全书内容涵盖如下方面:
1）LED的光学与电学基础，包括发光机理、材料特性与结构设计。
2）LED材料制备方法与检测技术，包括外延沉积原理、生长技术与常用的材料表征方法。
3）不同材料体系（如AlGaInP、InGaN、AlGaN）的LED外延与芯片制造工艺，特别展示了AIGaInP黄红光LED、InGaN蓝绿光LED、AlGaN紫外LED的关键技术与研究进展。
4）新型LED结构（如谐振腔LED、偏振发光LED、微纳LED）的设计与实现。
5）封装材料、结构与工艺，特别是白光LED、Micro LED和紫外LED的封装技术。
6）LED器件热特性分析与散热设计。
7）LED可靠性测试方法与加速测试模型。
本书在编写过程中，力求理论与实践相结合，并关注最新研究进展。编者均为一线从事LED研究和生产的科研工作者或工程师，全书基于编者在LED芯片制造及可靠性测试领域的多年研究积累与技术成果，确保内容的准确性、代表性与权威性。本书适用于从事LED芯片研发、制造、测试与应用的工程师、研究人员及高年级本科生、研究生阅读参考，也可作为光电类专业教材或企业培训用书。
希望本书能为推动我国LED技术的自主创新与产业升级贡献一份力量。由于编者水平有限，书中难免存在不足之处，恳请广大读者批评指正。
编者
半导体照明与显示技术作为21世纪最具发展潜力的高新技术之一，正以前所未有的速度推动着人类照明与显示方式的变革。LED（LightEmittingDiode，发光二极管）作为其核心器件，不仅在能效、寿命和环保方面展现出显著优势，而且在通用照明、高端显示、医疗健康、农业光照、紫外固化、光通信等众多领域展现出了广阔的应用前景，成为超越照明的代表性光电子信息技术。本书以LED芯片制造及可靠性测试技术为核心，系统阐述了从LED基本原理、材料制备、芯片设计与制造，到封装测试、热管理、可靠性评估的完整技术链条。全书内容涵盖如下方面:
1）LED的光学与电学基础，包括发光机理、材料特性与结构设计。
2）LED材料制备方法与检测技术，包括外延沉积原理、生长技术与常用的材料表征方法。
3）不同材料体系（如AlGaInP、InGaN、AlGaN）的LED外延与芯片制造工艺，特别展示了AIGaInP黄红光LED、InGaN蓝绿光LED、AlGaN紫外LED的关键技术与研究进展。
4）新型LED结构（如谐振腔LED、偏振发光LED、微纳LED）的设计与实现。
5）封装材料、结构与工艺，特别是白光LED、Micro LED和紫外LED的封装技术。
6）LED器件热特性分析与散热设计。
7）LED可靠性测试方法与加速测试模型。
本书在编写过程中，力求理论与实践相结合，并关注最新研究进展。编者均为一线从事LED研究和生产的科研工作者或工程师，全书基于编者在LED芯片制造及可靠性测试领域的多年研究积累与技术成果，确保内容的准确性、代表性与权威性。本书适用于从事LED芯片研发、制造、测试与应用的工程师、研究人员及高年级本科生、研究生阅读参考，也可作为光电类专业教材或企业培训用书。
希望本书能为推动我国LED技术的自主创新与产业升级贡献一份力量。由于编者水平有限，书中难免存在不足之处，恳请广大读者批评指正。
编者
📑 章节目录
- LED基本原理与特性
- LED材料制备与检测技术
- AlGaInP黄红光LED外延芯片设计
- InGaN蓝绿光LED外延芯片制造
- InGaN基长波长LED技术
- AlGaN紫外LED外延芯片设计
- LED芯片新结构与新技术
- LED器件封装与测试
- LED器件热特性管理
- LED可靠性及加速测试模型
- LED失效分析与改进
- 前沿应用与未来展望
