LED芯片及其制備應(yīng)用

LED芯片及其制備四、LED芯片的制備及應(yīng)用主要內(nèi)容一、

半導(dǎo)體材料二、LED芯片組成與分類三、LED芯片用襯底材料一、

半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料（semiconductormaterial）是一類具有半導(dǎo)體性能（導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間，電阻率約在1mΩ·cm～1GΩ·cm范圍內(nèi)）、可用來制作半導(dǎo)體器件和集成電路的電子材料。20世紀(jì)初元素半導(dǎo)體硅（Si）鍺（Ge）20世紀(jì)50年代化合物半導(dǎo)體砷化鎵（GaAs）銦磷（InP）20世紀(jì)90年代寬禁帶化合物半導(dǎo)體氮化鎵（GaN）碳化硅（SiC）氧化鋅（ZnO）不是所有的半導(dǎo)體材料都能發(fā)光，半導(dǎo)體材料分為直接帶隙材料和間接帶隙材料，只有直接帶隙材料才能發(fā)光。直接帶隙材料電子可在導(dǎo)帶帶底垂直躍遷到價(jià)帶帶頂，它在導(dǎo)帶和價(jià)帶中具有相同的動(dòng)量，發(fā)光率高。用于發(fā)光的直接帶隙材料有GaAs、AlGaAs、InP、InGaAsP等。間接帶隙材料電子不能在導(dǎo)帶帶底垂直躍遷到價(jià)帶帶頂，它在導(dǎo)帶和價(jià)帶中的動(dòng)量不相等，這種間接帶隙材料很難發(fā)光，即便能發(fā)光，效率也很低。因此必須有另一粒子參與后使動(dòng)量相等，這個(gè)粒子的能量為Ep，動(dòng)量為kp。GaPLED芯片又稱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），鎵鋁砷（GaAlAs），或砷化鎵（GaAs），氮化鎵（GaN）等材質(zhì)組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一個(gè)PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦浴６?、LED芯片組成與分類芯片按發(fā)光亮度分類可分為：☆一般亮度：R(紅色GAaAsP655nm)、H

(

高紅GaP697nm

)、G

(

綠色GaP565nm

)、Y

(

黃色GaAsP/GaP585nm

)、E(桔色GaAsP/GaP635nm

)等；☆高亮度：VG(較亮綠色GaP565nm)、VY(較亮黃色GaAsP/

GaP585nm)、SR(較亮紅色GaA/AS660nm)；☆超高亮度：UG﹑UY﹑UR﹑UYS﹑URF﹑UE等。AS芯片﹕Absorbablestructure(吸收襯底）芯片各單色純芯片發(fā)光的LED芯片按組成元素可分為：☆二元晶片(磷﹑鎵)：H﹑G等；☆三元晶片(磷﹑鎵﹑砷)：SR(較亮紅色GaA/AS660nm)、HR

(超亮紅色GaAlAs660nm)、UR(最亮紅色GaAlAs660nm)等；☆

四元晶片(磷﹑鋁﹑鎵﹑銦)：SRF(

較亮紅色

AlGalnP

)、HRF(超亮紅色

AlGalnP)、URF(最亮紅色AlGalnP630nm)、VY(較亮黃色GaAsP/GaP585nm)、HY(超亮黃色AlGalnP595nm)、UY(最亮黃色AlGalnP595nm)、UYS(最亮黃色AlGalnP587nm)、UE(最亮桔色AlGalnP620nm)、HE(超亮桔色AlGalnP620nm)、UG(最亮綠色AIGalnP574nm)LED等。借此可以控制LED所發(fā)出的光的波長，也就是光譜或顏色。目前廣泛使用的有紅、綠、藍(lán)三種。LED工作電壓低(僅1.5~3V)，能主動(dòng)發(fā)光且有一定亮度，亮度又能用電壓(或電流)調(diào)節(jié)。LED的發(fā)光顏色、發(fā)光效率與制作LED的材料和制程有關(guān)1.LPE：

液相磊晶法

GaP/GaP；VPE：

氣相磊晶法

GaAsP/GaAs；MOVPE：有機(jī)金屬氣相磊晶法)AlGaInP、GaN；芯片按磊晶種類：三、LED芯片用襯底材料優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)技術(shù)成熟，器件質(zhì)量較好，穩(wěn)定性很好；機(jī)械強(qiáng)度高，易于處理和清洗。存在的問題：晶格失配和熱應(yīng)力失配，會(huì)在外延層中產(chǎn)生大量缺陷；藍(lán)塞石是一種絕緣體，在上表面制作兩個(gè)電極，造成了有效發(fā)光面積減少；增加了工藝過程，制作成本高。①藍(lán)寶石襯底電流可以縱向流動(dòng)（V接觸），因此增大了LED的發(fā)光面積，從而提高了LED的出光效率。因?yàn)楣枋菬岬牧紝?dǎo)體，所以器件的導(dǎo)熱性能可以明顯改善，從而延長了器件的壽命。②硅襯底目前有部分LED芯片采用硅襯底。硅襯底的芯片電極可采用兩種接觸方式，分別是L接觸(Laterial-contact，水平接觸)和V接觸(Vertical-contact，垂直接觸)。V型電極芯片結(jié)構(gòu)通常為單電極結(jié)構(gòu)；L型電極的芯片結(jié)構(gòu)通常為雙電極結(jié)構(gòu)。碳化硅襯底(CREE公司專門采用SiC材料作為襯底)的LED芯片，電極是V型電極，電流是縱向流動(dòng)的。采用這種襯底制作的器件的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能都非常好，有利于做成面積較大的大功率器件。碳化硅的熱導(dǎo)率為490W/(m·K)，要比藍(lán)寶石襯底高出10倍以上。③碳化硅襯底襯底與外延膜的結(jié)構(gòu)匹配襯底與外延膜的熱膨脹系數(shù)匹配襯底與外延膜的化學(xué)穩(wěn)定性匹配材料制備的難易程度及成本的高低半導(dǎo)體單晶生長及襯底片加工

清洗(Cleaning)拋光(Polishing)檢查(Inspection)

晶棒成長切片(Slicing)研磨(Lapping)原料—長晶—定向—掏棒—滾磨—晶棒—定向—切片—研磨—倒角—拋光—清洗—基片通過對(duì)長高純?cè)毩先廴诤?、化合塊物單晶鮮生長、熄切割、欺磨片、翠拋光、葬真空包勞裝等工隨藝，制警成外延重生長用膽襯底片慕。包括嘉單晶生植長爐、仰拋光機(jī)四、變寇頻行星束式球磨兄機(jī)、李晶體切掉割機(jī)等高純?cè)匣衔飭尉庋佑靡r底片基本工藝睡流程光刻刻蝕蒸發(fā)濺射退火處理解理LED外延與芯片制作MOCVD材料外延生長鍍介質(zhì)膜鍍膜解理/劃片真空包裝四、LED芯片的油制備及鈔應(yīng)用藍(lán)寶石緩沖層N-GaNp-GaNMQW在半導(dǎo)體孝基片上形幸成一個(gè)與靈基片結(jié)晶凍軸同晶向訊的半導(dǎo)體耕薄層，稱尺為半導(dǎo)體彎外延生長賴技術(shù)，所律形成的薄擇層稱為外厚延層P、N極的分天離表現(xiàn)斬為元素鏡摻雜度伐的不同依制程同的不同可，可分堪為LPE(液相磊晶)、MOCV梅D(有機(jī)金屬暮氣相磊晶)及MBE(分子束磊沒晶)。LPE的技術(shù)都較低，哭主要用帥于一般沉的發(fā)光濕二極管MBE的技術(shù)層那次較高，膝容易成長雕極薄的磊輸晶，且純冶度高，平壯整性好，科但量產(chǎn)能蠶力低，磊么晶成長速華度慢。MOCV釀D除了純?cè)S度高，坑平整性國好外，腿量產(chǎn)能誤力及磊拜晶成長配速度亦京較MBE為快，料所以現(xiàn)榨在大都秋以MOCV嚷D來生產(chǎn)。MOCV裁D其過程畢首先是習(xí)將GaN襯底放入就昂貴的有甜機(jī)化學(xué)氣雹相沉積爐炕（簡MOCV誕D，又稱鈴?fù)庋訝t貍），再外通入III、II族金屬預(yù)元素的瞇烷基化眉合物（甲基或乙里基化物）襯蒸氣與非金屬(V或VI族元素尊）的氫化物（或烷基輔物）氣體丑。在高溫本下，發(fā)良生熱解達(dá)反應(yīng)，眾生成III-幣V或II-礦VI族化合嬌物沉積縱在襯底課上，生胡長出一地層厚度第僅幾微無米的化滋合物半菊導(dǎo)體外體延層。蠟長有外附延層的GaN片也就府是常稱格的外延逗片。雙氣流MOC茫VD生長GaN裝置MOC坐VD英國Tho膀mas簽Sw銜an公司制間造，具劑有世界涂先進(jìn)水痕平的商揭用金屬睜有機(jī)源恩汽相外緞延(MO帶CVD爭)材料生長私系統(tǒng)，可服用于制備稠以GaN為代表的肥第三代半沈?qū)w材料外延片為什么阿有個(gè)缺六口呢？倒角：晶片銳經(jīng)過切急割后邊白緣表面粗有稜角抱毛刺崩直邊甚至目有裂縫惠或其它廉缺陷，醉邊緣表膽面比較斜粗糙。吉為了增家加切片蜻邊緣表奪面機(jī)械頂強(qiáng)度、話減少顆胳粒污染飽，就要當(dāng)將其邊銷緣磨削糊呈圓弧舞狀或梯剃形。光刻ITO剝離、合金光刻膠ITOP-Ga旁N金電極襯底緩沖層N-G掏aNMQW光刻電極蒸鍍電極ICP刻蝕外延片ITO光刻ITO甩桂膠前政烘曝光顯坐影堅(jiān)膜腐蝕ITO氧化銦孟錫是Indi夜umT棉inO它xide宗s的縮寫浪。作為納唯米銦錫討金屬氧嚼化物，具有很好六的導(dǎo)電性扯和透明性，可以切鼠斷對(duì)人體峰有害的電吉子輻射，驗(yàn)紫外線及婚遠(yuǎn)紅外線慰。因此，晝噴涂在玻圖璃，塑料偏及電子顯喉示屏上后漏，在增強(qiáng)鐘導(dǎo)電性和鄙透明性的失同時(shí)切斷難對(duì)人體有凈害的電子當(dāng)輻射及紫陽外線、紅兔外線。掩膜板光刻ITO甩膠：將少許促光刻膠滴開在外延片貫上，用勻揀膠臺(tái)在高堵速旋轉(zhuǎn)后形成均殃勻的膠膜六。前烘：使光已刻膠的描溶劑揮盒發(fā)，用雞于改善健光刻膠溫與樣品饒表面的粘附性。曝光：用紫框外光通帆過光刻乞板曝光異，曝光嚇的區(qū)域雄發(fā)生化皮學(xué)變化屆。曝光原假理圖手動(dòng)曝光牽機(jī)顯影后要的圖形腐蝕：用36%-托38%的鹽酸仇腐蝕ITO顯影：用宿顯影液除夫去應(yīng)去掉揚(yáng)部分的光狗刻膠，已羨獲得腐蝕匪時(shí)由膠膜保護(hù)暗的圖形。后烘：腰使光刻態(tài)膠更堅(jiān)矮固，避借免被保賽護(hù)的地飼方發(fā)生廣腐蝕掩膜板光刻電極顯影后李的圖形蒸發(fā)剝離合金減薄減?。簻p小襯版底厚度呀，利于冤切割、劈燕散熱激光劃淋片蒸發(fā)原理蟻圖貼膜白膜：寬蠅度為16c軌m,粘性隨溫使度的升高庭增加;劃片激光打在重藍(lán)寶石襯雕底上，所潑用激光為折紫外光，致波長為355明nm。為了更纖好的把留圓片裂小開，需轟要讓激弱光打在奶管芯軌云道的中播央位置厘，調(diào)節(jié)混激光的逝焦距，眉使激光遮聚焦在灘片子上收表面，篇激光的裹劃痕深什度盡量島在25-3辜0um。倒膜藍(lán)膜：寬坊度22cm倒膜時(shí)襯攤底朝上，邀有電極的毀一面朝下狗。從分選淚機(jī)上卸無下來的填藍(lán)膜比乓較小，炒不便于園包裝、事運(yùn)輸。德必須把登芯片放乞在比較假大的、賴美觀的拖東西上痰面。倒膜要倒荒兩次，因漏為芯片工少作是在正樣面，所以陽正面不應(yīng)陸該接觸附壤著物，否篩則會(huì)影響廣光電特性嫂。裂片每設(shè)算備裂片裂片前巴我們?cè)诎由辖j(luò)貼一層糧玻璃紙冬，防止溝裂片時(shí)訴刀對(duì)管早芯的破紀(jì)壞。擴(kuò)膜由于LED芯片在劃短片后依然固排列緊密合，間距很勾?。s0.1邁mm），不利樸于后工序少的操作。球采用擴(kuò)膜唉機(jī)對(duì)芯片賄的膜進(jìn)行糖擴(kuò)張，使LED芯片的臺(tái)間距拉符伸到約0.6鴨mm。測試分腦揀測試分揀VF（正向蜂電壓）IR（反向稀漏電流抗）WLD（波長