LED工艺简介 工艺简介 1 LED LED的芯片结构 的芯片结构 LED的发光原理 的发光原理 LED的工艺流程 的工艺流程 2 LED的内部是什么？ 的内部是什么？ 的内部是什么 3 1 . LED芯片 芯片 P侧电极板 侧电极板 P侧电极板 侧电极板 通明电极 P型氮化 型氮化 物半导 体层 发光层 通明电极 发光 层 N侧电极板 侧电极板 N型氮化 型氮化 物半导体 层 V电极 电极LED芯片 电极 芯片 N侧电极板 侧电极板 L电极 电极LED芯片 电极 芯片 4 LED是怎么发光的？ 是怎么发光的？ 是怎么发光的 5 2 . LED发光原理 发光原理 n型 型 构成结 空间电荷区 p型 型 导带 空间电荷区 构成结 正向电压 n型 型 — 自由电子 p型 型 自由电子 VD 禁带 + VD-V EF 空穴 VD：分散电位 价带 EF 空穴 未施加外电压的平衡状况 发光层 施加p型为正、 型为负的电压后 施加 型为正、n型为负的电压后 型为正 参考文献：《LED照明规划与运用》作者：(日)LED照明推动协会 译者:李农 杨燕 参考文献： 照明规划与运用》作者： 日 照明推动协会译者 李农//杨燕 照明规划与运用 照明推动协会 译者 李农 6 为什么LED会发不同色彩的光？ 会发不同色彩的光？ 为什么 会发不同色彩的光 7 LED发光波长取决于什么要素 发光波长取决于 禁带宽度： λ= 1240/Eg (nm) 可见光的波长范 围：380nm -800 nm，对应的禁带 宽度约3.3~1.6eV 经过构成混晶可 以完成发光波长 的接连改变。 参考文献： 参考文献：Introduction to Nitride Semiconductor Blue Lasers and Light Emitting Diodes 8 混 晶 的 发 光 波 长 9 用不同色彩及数目LED加荧光粉所做成的白光LED的长处及缺陷 10 LED 发光管是怎样“练”成 发光管是怎样“ 的 Sapphire 蓝宝石 11 LED出产流程图 单晶炉、切片机 磨片机、抛光机 外延炉（MOCVD） 基板（衬底 ） 磊晶制程 磊晶片 蒸镀机/电子枪 清洗机、烘箱 光刻作业 照 相 曝 光 显 影 阻 光 上 烤 烘 蒸镀 清洗 化学刻蚀 刻蚀机 熔合 研磨 清 减 洗 机 切开机、清洗机、 机 机 薄 切开 12 MOCVD外延 MOCVD是金属有机化合物化学气相淀积 是金属有机化合物化学气相淀积(Metal-organic Chemical Vapor DePosition) 是金属有机化合物化学气相淀积 的英文缩写 MOCVD技能具有下列长处: MOCVD技能具有下列长处: 技能具有下列长处 (l)适用范围广泛 简直能够成长一切化合物及合金半导体; 适用范围广泛， (l)适用范围广泛，简直能够成长一切化合物及合金半导体; (2)十分适合于成长各种异质结构资料 十分适合于成长各种异质结构资料; (2)十分适合于成长各种异质结构资料; (3)能够成长超薄外延层 并能取得很陡的界面过渡; 能够成长超薄外延层， (3)能够成长超薄外延层，并能取得很陡的界面过渡; (4)成长易于控制 成长易于控制; (4)成长易于控制; (5)能够成长纯度很高的资料 能够成长纯度很高的资料; (5)能够成长纯度很高的资料; p-GaN (6)外延层大面积均匀性杰出 外延层大面积均匀性杰出; (6)外延层大面积均匀性杰出; (7)能够进行大规模出产 能够进行大规模出产。 (7)能够进行大规模出产。 MQW N-GaN 缓冲层 蓝宝石 13 清洗 清洗：经过有机溶剂的溶解效果，结合超声波清洗 清洗：经过有机溶剂的溶解效果， 技能去除硅片外表的有机杂质和金属离子。 技能去除硅片外表的有机杂质和金属离子。 首要溶剂有：H2SO4溶液、H2O2溶液、氢氟酸溶液、盐 首要溶剂有： 溶液、 溶液、氢氟酸溶液、 酸、NH4OH等 等 金属离子 有机物 14 n区光刻 区光刻 光刻的意图就是在芯片或金属薄膜上刻蚀出与掩模板彻底对应的集 合图形，然后完成选择性分散和金属薄膜不限的意图。 合图形，然后完成选择性分散和金属薄膜不限的意图。 1、光刻胶：正胶和负胶 、光刻胶： 2、曝光：光学曝光就可分为触摸式、挨近式、投影式、直接分步重 、曝光：光学曝光就可分为触摸式、挨近式、投影式、 复触式，此外，还有电子束曝光和X射线曝光等 射线曝光等。 复触式，此外，还有电子束曝光和 射线、显影：湿法去胶，非金属用浓硫酸去胶，金属用有机溶剂去胶。 、显影：湿法去胶，非金属用浓硫酸去胶，金属用有机溶剂去胶。 干法去胶，等离子去胶和紫外光分化去胶。 干法去胶，等离子去胶和紫外光分化去胶。 紫外线 正性光刻胶 显 影 光刻掩 膜板 15 刻蚀 化学刻蚀 湿法 电解刻蚀 刻蚀技能 干法 光刻胶 离子束溅射刻蚀（物理效果） 离子束溅射刻蚀（物理效果） 等离子体刻蚀（化学效果） 等离子体刻蚀（化学效果） 反应离子刻蚀（物理化学效果） 反应离子刻蚀（物理化学效果） 16 去胶 湿法去胶：非金属用浓硫酸去胶，金属用有机溶剂去胶。 湿法去胶：非金属用浓硫酸去胶，金属用有机溶剂去胶。 干法去胶：等离子去胶和紫外光分化去胶。 干法去胶：等离子去胶和紫外光分化去胶。 强氧化剂或等离子体 光刻胶 17 P区通明导电层 区通明导电层 首要的特性是其电学传导和光学通明的组合。 氧化铟锡 (ITO)首要的特性是其电学传导和光学通明的组合。 首要的特性是其电学传导和光学通明的组合 氧化铟锡薄膜最通常是用电子束蒸腾、物理气相堆积、 氧化铟锡薄膜最通常是用电子束蒸腾、物理气相堆积、或许一些溅射沉 积技能的办法堆积到外表。 积技能的办法堆积到外表。 氧化铟锡 刻蚀 去胶 光刻 胶 18 N电极光刻 光刻 胶 19 N电极蒸腾 欧姆触摸电极的办法首要有: 欧姆触摸电极的办法首要有 (1)液体金属法 液体金属法; 液体金属法 (2)烧渗合金法 烧渗合金法; 烧渗合金法 (3)化学镀镍法 化学镀镍法; 化学镀镍法 (4)喷涂法 喷涂法; 喷涂法 (5)物理蒸腾法。 物理蒸腾法。 物理蒸腾法 金属分子 剥离 20 N退火 N2 退火→将工件加热到恰当温 度，依据资料和工件尺度采 用不同的保温时刻，然后进 行缓慢冷却(冷却速度很慢)， 意图是使资料内部安排到达 或接衡状况，取得杰出 的工艺性能和运用性能。 21 P压焊点的制作 P压焊点剥离 P压焊点蒸腾 P压焊点光刻 22 钝化层堆积 为了使芯片的有用寿数趋于体寿数， 为了使芯片的有用寿数趋于体寿数，咱们要尽量削减 外表寿数的影响，为此咱们运用外表钝化的办法， 外表寿数的影响，为此咱们运用外表钝化的办法，通 常的钝化办法有热处理， 常的钝化办法有热处理，化学钝化以及硅片外表电荷 堆积等办法。 堆积等办法。 23 钝化层光刻 24 钝化层刻蚀 25 钝化层去胶 26 查验 27 减薄 28 划片 29 裂片 30 划片,裂片作业流程图 划片前晶片反面 划片后,侧视图 裂片后,侧视图 划片后反面 31 测验分检 32 LED:What’s inside? 封装好的LED LED的组成部分 通明环氧树脂圆顶 金线 LED芯片 有反射碗 的阴极杆 电极 工艺流程: 规划 成长 加工 封装 检测 33 问题： 问题： 咱们研讨LED的突破口和要害点在哪儿？ 的突破口和要害点在哪儿？ 咱们研讨 的突破口和要害点在哪儿 34 开展阶段 指 示 应 用 信号 显现 年份 1962 1965 1968 1970-1980 1980-1985 1986-1992 1993-1994 1997 开展进程 GaAsP红光 红光LED（样品） 红光 （样品） GaAsP红光 红光LED 红光 GaAsP红、橙、 黄光 红 黄光LED 发光功率 （lm/w） ） 0.1 0.1 0.2 1 5 10 15 10 30 50 100 运用领域 指示灯 GaAsP高效红、黄光、 GaP绿、 高效红、黄光、 高效红 绿 红光 AlGaAs橙黄、 绿、红光 橙黄、 红光LED 橙黄 InGaAlP红、绿、橙红、橙黄、 红 橙红、橙黄、 黄色LED 橙、黄色 InGaN绿、蓝光LED，GaN蓝 绿 蓝光 ， 蓝 光LED 白光LED（蓝光芯片+YAG荧 （蓝光芯片 白光 荧 光粉） 光粉） InGaAlPGaAs、 InGaNSiC彩 、 彩 色LED InGaAlPGaAs、 InGaNSiC彩 、 彩 色LED 功率级白光LED 功率级白光 指示灯、计算器、 指示灯、计算器、数字 手表 室外信号显现、 室外信号显现、条形码 体系、 体系、光电传导体系 室外显现屏、 室外显现屏、交通信号 灯、轿车 全彩运用 一般照明 2000 2005 2007-2009 医疗设备、 医疗设备、全彩大屏幕 显现屏、小尺度LCD背 显现屏、小尺度 背 光源、手机背光照明、 光源、手机背光照明、 景象装修照明、闪光灯、 景象装修照明、闪光灯、 应急灯、警示灯、 应急灯、警示灯、标志 灯 35 我的几点想象： 我的几点想象： 1.MQW（多重量子阱）掺磁性纳米粒子杂质进步 （多重量子阱） 发光功率。 发光功率。 掺入磁性纳米粒子会怎样？ 掺入磁性纳米粒子会怎样？ 36 2.大功率白光 大功率白光LED的发光面积扩展。 的发光面积扩展。 大功率白光 的发光面积扩展 37 3.LED显现屏的制作。 显现屏的制作。 显现屏的制作 是否能够小型化？ 是否能够小型化？ 三星公司出品的40英寸 三星公司出品的 英寸OLED电视原型机 英寸 电视原型机 38 能否将三基色LED小型化并 小型化并 能否将三基色 将其集成到一块衬底上？ 将其集成到一块衬底上？ 39 总结 一是做小→尺度小 二是做大→功率大 三是做快→散热快 四是做低→成本低 五是独立→集成 40 参考文献 1、《LED照明规划与运用》作者： 《 照明规划与运用》 照明规划与运用 作者： (日)LED照明推动协会 译者 李农 杨燕。 照明推动协会译者 李农//杨燕 日 照明推动协会 译者:李农 杨燕。 2、《Introduction to Nitride Semiconductor Blue Lasers and Light Emitting Diodes》。 》 3、《半导体器材工艺原理》黄汉尧 等编。 4、《半导体器材原理》 傅兴华 编。 谢谢