led器件外延工艺概括

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1、LED器件及外延 工艺介绍,LED介绍,LED 是取自 Light Emitting Diode 三个字的 缩写，中文译为“发光二极管”，顾名思义发光二极管是一种可以将电能转化为 光能的电子器件具有二极管的特性。,什么是LED?,LED光源的特点,电 压：LED使用低压电源，单颗电压在1.9-4V之间，比使用高压 电源更安全的电源。 效 能：光效高，目前实验室最高光效已达到 254 lm/w（cree）,是 目前光效最高的照明产品。 抗震性：LED是固态光源，由于它的特殊性，具有其他光源产品不能 比拟的抗震性。 稳定性：10万小时，光衰为初始的70% 响应时间：LED灯的响应时间为纳秒级，是目

2、前所有光源中响应时间 最快的产品。 环 保：无金属汞等对身体有害物质。 颜 色：LED的带快相当窄，所发光颜色纯，无杂色光，覆盖整过可 见光的全部波段，且可由RGB组合成任何想要可见光。,LED色彩丰富,由于LED带宽比较窄，颜色纯度高，因此LED的色彩比其他光源的色彩丰富得多。 据有关专家计算，LED的色彩比其他光源丰富30%,因此，它能够更准确的反应物体的真实性，当然也更受消费者的青睐！,LED发光原理,发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的芯片，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。在某些半导体材料的PN结中，注 入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的

3、能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。,LED发展简介,1962年,GE、Monsanto、IBM的联合实验室开发出了发红光的磷砷化镓（GaAsP）半导体化合物，从此可见光发光二极管步入商业化发展进程。 80年代早期的重大技术突破是开发出了AlGaAs LED，它能以每瓦10流明的发光效率发出红光。这一技术进步使LED能够应用于室外信息发布以及汽车高位刹车灯(CHMSL)设备。 1990年，业界又开发出了能够提供相当于最好的红色器件性能的AlInGaP技术，这比当时标准的GaAsP器件性能要高出10倍。 1993年，日本科学家中村修二

4、在GaN基片上研制出了第一只蓝色发光二极管，由此引发了对GaN基LED研究和开发的热潮。 20世纪90年代后期，研制出通过蓝光激发YAG荧光粉产生白光的LED，但色泽不均匀，使用寿命短，价格高。随着技术的不断进步，近年来白光LED的发展相当迅速，白光LED的发光效率已经达到38lm/W，实验室研究成果可以达到70 lm/W，大大超过白炽灯，向荧光灯逼近。,LED发展简介,半导体照明的发展非常迅速。统计表明，自上世纪60年代诞生以来，每隔十年，LED成本下降十倍而发光效率提高十倍。2006年，日本日亚化学（Nichia）实现了150 Lm/W的发光效率，比美国光电工业发展协会（OIDA）设定的目

5、标提早了6年。而几年前市场憧憬2010年才能商业化的瓦级单灯，在2006年就已进入商用，目前已相当普及。 2009年2月，日本发光二极管厂商日亚化工（Nichia）发表了效率高达249 lm/W的发光二极管，此乃实验室数据。 2012年4月、美国发光二极管大厂科锐(Cree)推出254 lm/W光效再度刷新功率。,蓝光LED,到20世纪90年代早期，采用铟铝磷化镓生产出了桔红、橙、黄和绿光的LED。在很长的一段时间内都无法提供发射蓝光的LED 第一个有历史意义的蓝光LED也出现在90年代早期（日亚公司1993宣布，中村修二博士发明），再一次利用金钢砂早期的半导体光源的障碍物。依当今的技术标准去

6、衡量，它与俄国以前的黄光LED一样光源暗淡。 90年代中期，出现了超亮度的氮化镓（GaN) LED。 当前制造蓝光LED的晶体外延材料是氮化铟镓(InGaN)。 氮化铟镓LED可以产生五倍于氮化镓LED的光强。 超亮度蓝光芯片是白光LED的核心，在这个发光芯片上抹上荧光磷，然后荧光磷通过吸收来自芯片上的蓝色光源再转化为白光，利用这种技术可制造出任何可见颜色的光。 近期开发的LED不仅能发射出纯紫外光而且能发射出真实的“黑色”紫外光LED的发展不单纯是它的颜色还有它的亮度，像计算机一样，遵守摩尔定律的发展，即每隔18个月它的亮度就会增加一倍，曾经暗淡的发光二极管现在真正预示着LED新时代的来临。

7、,2：LED主要类别：,3528,5050(PLCC6),常规1W大功率,3mm食人鱼,5mm厚边草帽,平头食人鱼,5mm食人鱼,侧发光,大功率外形2,大功率外形3,DIP,SMD,HIGH POWER,大功率外形4,C3535,小,中,大,3：颜色(有色光) 红色光： 630nm - 620nm - 橙红 橙色光： 580-595 - 琥珀色光 绿 色 ： 525nm - 纯绿色 蓝 色： 470nm - 460nm 450nm - 纯蓝色 ； UV-A型紫外线光： 370nm -几乎是不可见光 色温(白光) 冷白 (7000-12000K), 正白 (6000-7000K) 暖白 (270

8、0-3500K) 商业白（35005000K）,白光LED的实现方法,一、配色，白平衡 白色是红绿蓝三色按亮度比例混合而成，当光线中绿色的亮度为69%，红色的亮度为21，蓝色的亮度为10时，混色后人眼感觉到的是纯白色。但LED红绿蓝三色的色品坐标因工艺过程等原因无法达到全色谱的效果，而控制原色包括有偏差的原色的 亮度得到白色光，称为配色。 二、 LED采用荧光粉实现白光主要有三种方法，但它们并没有完全成熟，由此严重地影响白光LED在照明领域的应用。,白光LED的实现方法,第一种方法是：在蓝色LED芯片上涂敷能被蓝光激发的黄色荧光粉，芯片发出的蓝光与荧光粉发出的黄光互补形成白光。该技术被日本Ni

9、chia公司垄断，而且这种方案的一个原理性的缺点就是该荧光体中Ce3离子的发射光谱不具连续光谱特性，显色性较差， 难以满足低色温照明的要求。同时发光效率还不够高，需要通过开发新型的高效荧光粉来改善。 第二种方法是：在蓝色LED芯片上涂敷绿色和红色荧光粉，通过芯片发出的蓝光与荧光粉发出的绿光和红光复合得到白光。该类产品虽显色性较好，但所用荧光粉的转换效率较低，尤其是红色荧光粉的效率需要较大幅度的提高，因此推广也较慢。,白光LED的实现方法,第三种方法：在紫光或紫外光LED芯片上涂敷三基色或多种颜色的荧光粉，利用该芯片发射的长波紫外光（370nm380nm）或紫光（380nm410nm）来激发荧光

10、粉，从而实现白光发射。该种LED的显色性更好，但存在与第二种方法类似的问题，且目前转换效率较高的红色和绿色荧光粉多为硫化物体系。这类荧光粉发光稳定性差、光衰较大，故还没批量使用。 其他方法： 在特殊的场合，白光LED还有其他几种封装方法。这里简单的介绍一下： 第一种：将红、蓝、绿三芯片封装在一起，按照一定的比例对其光色进行控制，混出白光。 第二种：实现方法是用红、蓝、绿、黄四芯片混出白光。,白光LED色区的划分,蓝色芯片加黄色荧光粉所制成白光LED，是目前白光LED制造的主流，由于制程的缺陷，白光LED存在色差在所难免。如何划分LED的颜色才是最佳的呢，下面我来简单的介绍一下。 市场上通常所说

11、的3500K、4000K、6500k等等多少色温的说法其实不是很科学的，因为从CIE图中我们可以看出，同一色温在图中不是对应唯一的点，它跟色坐标是一对多的关系。为了解决这一问题，行业中通常将自己生产的LED对其色坐标进行归纳总结，最终将其肉眼看起来差别不明显的LED归到一起，这样分选出来的LED在CIE中就对应了一个小小区域，这就是色区。 用色区来划分LED产品，是整过行业通用的方法，请看下图：,白光LED色区的划分,White Binning Information,4：功率 小功率：20mA(0.06W) 中功率 : 150mA (0.5W) 大功率 : 350mA 以上,5：芯片的构成：

12、由金垫，P极，N极，PN结，背金层构成（双pad芯片无背金层）。 芯片的分类： 1.1按组成分： 二元：如GaAs(砷化镓)，GaP（磷化镓）等 三元：InGaN(氮化铟镓)，GaAlAs(砷化镓铝)，GaAsP(磷化镓砷)等 四元：AlGaInP（铝镓铟磷）.AlGaInAs （铝镓磷砷） 1.2按极性分： P/N极芯片（正极性） N/P极芯片（反极性） 双电极（蓝，绿，紫光） 1.3按发光类型分： 表面发光型: 光线大部分从芯片表面发出 五面发光型： 表面，侧面都有较多的光线射出 1.4按发光颜色分： 红，橙，黄，黄绿，纯绿，蓝绿， 蓝，紫光 1.5按芯片的大小尺寸分： 8mil 9mil

13、 10mil 12mil (红，橙，黄，黄绿）12mil 14mil （蓝，绿，紫光） 1.6按功耗分:低功率(毫瓦级),中功率(百毫瓦级), 高功率(大 于1W),LED芯片厂商 LED照明芯片作为上游产业核心链条，技术的发展将直接带动照明市场格局的变化，目前全球LED芯片市场格式分为三大阵营： 第一阵营：日本、欧美为代表厂商。全球五大LED巨头日亚化学、Cree、Osram、Philips LumiLeds、丰田合成为代表。美国的SemiLEDsHPLEDs、日本的东芝、松下和夏普在这阵营中也有一席之地，韩国的三星、SSC、LG也在快速崛起。这个阵营技术一流，专利丰厚，在超高亮度LED领域

14、耕耘多年，目标市场是通用照明以及汽车照明。日韩企业会少量兼顾消费类电子产品背光用LED，欧美企业则对消费类电子产品背光用LED没有多大兴趣。 第二阵营：韩国和中国台湾为代表的厂家。韩国Epivalley、台湾晶元光电、光磊、广镓光电、璨圆、鼎元、泰谷光电、新世纪等为代表。这个阵营的厂家拥有消费类电子完整产业链，关注消费类电子产品背光用LED，其技术与欧日美企业有差距，尤其是通用照明领域，目前正在享受高速成长期。 第三阵营：中国大陆为代表的厂家。中国大陆厂家规模小，数量分散，主要从事四元黄绿光LED生产，主要用于户外景观、装饰或广告。,国内分布格局：2009年中国LED芯片行业的总产值为20多亿

15、元人民币，15个省/直辖市都有企业进入LED芯片行业，广东、福建企业数量明显领先于其他地区，广东有10个占16.1%，福建有8个占12.9%。广东、福建、上海、河北、江苏、江西、辽宁7个国家半导体照明产业化基地所在的省/直辖市LED芯片企业合计41个，约占LED芯片企业总数的2/3。山东、湖北、浙江LED芯片企业数量也都在4个以上。 国内LED外延生长和芯片制造的主要企业有厦门三安、大连路美、杭州士兰明芯、上海蓝光、上海蓝宝、山东华光、江西晶能光电、河北同辉、沈阳方大、厦门干照、江西联创、南昌欣磊、上海大晨、上海宇体、深圳世纪晶源、深圳奥伦德、扬州华夏集成、廊坊清芯、甘肃新 天电、武汉迪源、西

16、安中为、广州普光、东莞福地，以及“外资血统”企业如武汉华灿、厦门晶宇、厦门明达和晋江晶蓝等。其中，三安主攻LED背光市场，士兰微主攻LED户外显示屏市场，迪源和蓝宝主攻大功率高亮度照明市场，华灿主攻室内照明市场，蓝光也以小功率LED照明市场为主。,LED封装厂商 中国大陆和台湾地区进入led产业较晚，led企业的资金实力、技术水平与欧、美、日企业有一定差距，因而多专注于产业链的某个环节、走专业化道路。 随着，中国大陆和台湾地区企业在资金实力和技术水平的提升，目前在封装领域，发光效率、显色指数等主要指标方面国内外已不存在明显差距。 台湾在外延片及芯片产能上全球最大，Led封装产量全球第一，产值全球第二，以光磊、晶电、光宝、亿光、佰鸿、宏齐、东贝等为代表。 国内led封装企业的特点是规模小、数量多，为500家600家，具有一定规模，销售在千万元以上的企业约100家，初步形成了GaN基LED外延片生产、LED芯片制备、LED封装和应用的较完整的工业体系和相应的研究体系，以三安光电、杭州士兰明芯、山东华光、佛山国星光电、厦门华联