《{酒类资料}2LED芯片》由会员分享，可在线阅读，更多相关《{酒类资料}2LED芯片（53页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、LED芯片及其制备,四、LED芯片的制备及应用,主要内容,一、 半导体材料,二、LED芯片组成与分类,三、LED芯片用衬底材料,一、 半导体材料,半导体材料（semiconductor material） 是一类具有半导体性能（导电能力介于导体与绝缘体之间，电阻率约在1mcm1Gcm范围内）、可用来制作半导体器件和集成电路的电子材料。,20世纪初 元素半导体 硅（Si） 锗（Ge）,20世纪50年代 化合物半导体 砷化镓（GaAs） 铟磷（InP）,20世纪90年代 宽禁带化合物半导体 氮化镓（GaN） 碳化硅（SiC） 氧化锌（ZnO）,不是所有的半导体材料都能发光，半导体材料分为直接带隙材
2、料和间接带隙材料，只有直接带隙材料才能发光。,直接带隙材料 电子可在导带带底垂直跃迁到价带带顶，它在导带和价带中具有相同的动量，发光率高。 用于发光的直接带隙材料有GaAs、AlGaAs、InP、InGaAsP等。,间接带隙材料 电子不能在导带带底垂直跃迁到价带带顶，它在导带和价带中的动量不相等，这种间接带隙材料很难发光，即便能发光，效率也很低。 因此必须有另一粒子参与后使动量相等，这个粒子的能量为Ep，动量为kp。,GaP,LED芯片又称LED芯片，英文叫做CHIP，它是制作LED器件的主要材料，由磷化鎵（GaP），鎵铝砷（GaAlAs），或砷化鎵（GaAs），氮化鎵（GaN）等材质组成，其
3、内部结构为一个PN结，具有单向导电性。,二、LED芯片组成与分类,芯片按发光亮度分类可分为： 一般亮度：R(红色GAaAsP 655nm)、H ( 高红GaP 697nm )、 G ( 绿色GaP 565nm )、Y ( 黄色GaAsP/GaP 585nm )、E(桔色GaAsP/GaP 635nm )等； 高亮度：VG (较亮绿色GaP 565nm )、VY(较亮黄色 GaAsP/ GaP 585nm )、SR( 较亮红色GaA/AS 660nm )； 超高亮度：UGUYURUYSURFUE等。,AS 芯片Absorbable structure (吸收衬底）芯片,各单色纯芯片发光的LED,
4、芯片按组成元素可分为： 二元晶片(磷镓)：HG等； 三元晶片(磷镓 砷)：SR(较亮红色GaA/AS 660nm)、 HR (超亮红色GaAlAs 660nm)、UR(最亮红色GaAlAs 660nm)等；, 四元晶片(磷铝镓铟)：SRF( 较亮红色 AlGalnP )、HRF(超亮红色 AlGalnP)、URF(最亮红色 AlGalnP 630nm)、VY(较亮黄色GaAsP/GaP 585nm)、HY(超亮黄色 AlGalnP 595nm)、UY(最亮黄色 AlGalnP 595nm)、UYS(最亮黄色 AlGalnP 587nm)、UE(最亮桔色 AlGalnP 620nm)、HE(超亮
5、桔色 AlGalnP 620nm)、UG (最亮绿色 AIGalnP 574nm) LED等。,借此可以控制LED所发出的光的波长，也就是光谱或颜色。 目前广泛使用的有红、绿、蓝三种。 LED工作电压低(仅1.53V)，能主动发光且有一定亮度，亮度又能用电压(或电流)调节。,LED的发光颜色、发光效率与制作LED的材料和制程有关,1. LPE： 液相磊晶法 GaP/GaP； VPE： 气相磊晶法 GaAsP/GaAs； MOVPE：有机金属气相磊晶法) AlGaInP、GaN；,芯片按磊晶种类：,三、LED芯片用衬底材料,优点：生产技术成熟，器件质量较好，稳定性很好；机械强度高，易于处理和清洗
6、。 存在的问题：晶格失配和热应力失配，会在外延层中产生大量缺陷；蓝塞石是一种绝缘体，在上表面制作两个电极，造成了有效发光面积减少；增加了工艺过程，制作成本高。, 蓝宝石衬底,电流可以纵向流动（V接触），因此增大了LED的发光面积，从而提高了LED的出光效率。因为硅是热的良导体，所以器件的导热性能可以明显改善，从而延长了器件的寿命。, 硅衬底,目前有部分LED芯片采用硅衬底。硅衬底的芯片电极可采用两种接触方式，分别是L接触(Laterial-contact，水平接触)和V接触(Vertical-contact，垂直接触)。,V型电极芯片结构通常为单电极结构；L型电极的芯片结构通常为双电极结构。,
7、碳化硅衬底(CREE公司专门采用SiC材料作为衬底)的LED芯片，电极是V型电极，电流是纵向流动的。 采用这种衬底制作的器件的导电和导热性能都非常好，有利于做成面积较大的大功率器件。碳化硅的热导率为490 W/(mK)，要比蓝宝石衬底高出10倍以上。, 碳化硅衬底,衬底与外延膜的结构匹配 衬底与外延膜的热膨胀系数匹配 衬底与外延膜的化学稳定性匹配 材料制备的难易程度及成本的高低,半导体单晶生长及衬底片加工,清洗(Cleaning) 拋光(Polishing) 檢查(Inspection),晶棒成長 切片(Slicing) 研磨(Lapping),原料长晶定向掏棒滚磨晶棒定向切片研磨倒角抛光清洗
8、基片,通过对高纯原料熔融、化合物单晶生长、切割、磨片、抛光、真空包装等工艺，制成外延生长用衬底片。包括单晶生长炉、抛光机 、变频行星式球磨机 、晶体切割机等,基本工艺流程,四、LED芯片的制备及应用,在半导体基片上形成一个与基片结晶轴同晶向的半导体薄层，称为半导体外延生长技术，所形成的薄层称为外延层,P、N极的分离表现为元素掺杂度的不同,依制程的不同，可分为LPE(液相磊晶)、MOCVD(有机金属气相磊晶)及MBE(分子束磊晶)。 LPE的技术较低，主要用于一般的发光二极管 MBE的技术层次较高，容易成长极薄的磊晶，且纯度高，平整性好，但量产能力低，磊晶成长速度慢。 MOCVD除了纯度高，平整
9、性好外，量产能力及磊晶成长速度亦较MBE为快，所以现在大都以MOCVD来生产。,MOCVD,其过程首先是将GaN衬底放入昂贵的有机化学气相沉积炉（简MOCVD，又称外延炉），再通入III、II族金属元素的烷基化合物（甲基或乙基化物）蒸气与非金属(V或VI族元素）的氢化物（或烷基物）气体。 在高温下，发生热解反应，生成III-V或II-VI族化合物沉积在衬底上，生长出一层厚度仅几微米的化合物半导体外延层。长有外延层的GaN片也就是常称的外延片。,双气流MOCVD生长GaN装置,MOCVD 英国Thomas Swan公司制造，具有世界先进水平的商用金属有机源汽相外延(MOCVD)材料生长系统，可用
10、于制备以GaN为代表的第三代半导体材料,外延片,为什么有个缺口呢？,倒角：晶片经过切割后边缘表面有稜角毛刺崩边甚至有裂缝或其它缺陷，边缘表面比较粗糙。为了增加切片边缘表面机械强度、减少颗粒污染，就要将其边缘磨削呈圆弧状或梯形。,光刻胶,ITO,P-GaN,金电极,衬底,缓冲层,N-GaN,MQW,外延片,ITO,光刻ITO,甩 胶,前 烘,曝 光,显 影,坚 膜,腐 蚀,ITO氧化铟锡是Indium Tin Oxides的缩写。 作为纳米铟锡金属氧化物，具有很好的导电性和透明性，可以切断对人体有害的电子辐射，紫外线及远红外线。因此，喷涂在玻璃，塑料及电子显示屏上后，在增强导电性和透明性的同时切
11、断对人体有害的电子辐射及紫外线、红外线。,掩膜板,光刻ITO,甩胶：将少许光刻胶滴在外延片上，用匀胶台在高速旋转 后形成均匀的胶膜。 前烘：使光刻胶的溶剂挥发，用于改善光刻胶与样品表面的 粘附性。 曝光：用紫外光通过光刻板曝光，曝光的区域发生化学变化。,曝光原理图,手动曝光机,显影后的图形,腐蚀：用36%-38%的盐酸腐蚀ITO,显影：用显影液除去应去掉部分的光刻胶，已获得腐蚀时由 胶膜保护的图形。,后烘：使光刻胶更坚固，避免被保护的地方发生腐蚀,掩膜板,光刻电极,显影后的图形,蒸发,剥离,合金,减薄,减薄：减小衬底厚度，利于切割、散热,激光划片,蒸发原理图,贴膜,白膜：宽度为16cm,粘性随
12、温度的升高增加;,划片,激光打在蓝宝石衬底上，所用激光为紫外光，波长为355nm。,为了更好的把圆片裂开，需要让激光打在管芯轨道的中央位置，调节激光的焦距，使激光聚焦在片子上表面，激光的划痕深度尽量在25-30um。,倒膜,蓝膜：宽度22cm 倒膜时衬底朝上，有电极的一面朝下。,从分选机上卸下来的蓝膜比较小，不便于包装、运输。必须把芯片放在比较大的、美观的东西上面。 倒膜要倒两次，因为芯片工作是在正面，所以正面不应该接触附着物，否则会影响光电特性。,裂 片 设 备,裂片,裂片前我们在片子上贴一层玻璃纸，防止裂片时刀对管芯的破坏。,扩膜,由于LED芯片在划片后依然排列紧密，间距很小（约0.1mm），不利于后工序的操作。采用扩膜机对芯片的膜进行扩张，使LED芯片的间距拉伸到约0.6mm。,测试分拣,测试,分拣,VF（正向电压） IR（反向漏电流） WLD（波长） LOP（光输出）,
