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1、LEDLED基本知识培训基本知识培训田洪涛德豪德豪 润达润达中国 珠海2010-6-3大纲大纲1 1、引言、引言2 2、封装、封装与与应用应用3 3、外延片生长、外延片生长4 4、芯片制作、芯片制作P N 晶体二极管是一种由P型半导体和N型半导体形成的p-n结器件，最显著的特征是单向导电性（整流特性）。1、单质半导体Si、Se等，2、化合物InP、GaN、GaAs、SiC、ZnS、ZnO等1、引言、引言半导体材料分类：LED（light emitting diode）发光二极管 除了具有一般二极管的特性外，正向导通时能发出各种波长（颜色）的光。P N多量子阱（MQW）1、LED使用的都是化合物
2、半导体材料2、PN结之间插入多量子阱结构提高发光效率3、LED发光波长主要由多量子阱组分决定LED LED 问世于问世于2020世纪世纪6060年代，起源于美国，在日本发扬光大。年代，起源于美国，在日本发扬光大。7070年代初，美国杜邦化工厂首先研发出镓砷磷年代初，美国杜邦化工厂首先研发出镓砷磷 LED LED，发桔，发桔红色，可作仪器仪表指示灯用。红色，可作仪器仪表指示灯用。随着随着技术进步，技术进步，LEDLED发光颜色覆盖从发光颜色覆盖从黄绿色黄绿色到到红外红外的光谱的光谱范围。范围。80 80年代后，用液相外延技术，制作高亮度红色年代后，用液相外延技术，制作高亮度红色LEDLED和红外
3、和红外二极管。二极管。MOCVDMOCVD技术用于外延材料生长后，技术用于外延材料生长后，红光到深紫外红光到深紫外LEDLED亮度大幅亮度大幅度提高度提高AlGaAs使用于高亮度红光和红外使用于高亮度红光和红外LED。AlGaInP适用于高亮度红、橙、黄及黄绿适用于高亮度红、橙、黄及黄绿LED。GaInN适用于高亮度深绿、蓝、紫和紫外适用于高亮度深绿、蓝、紫和紫外LED。90年代半导体材料年代半导体材料GaN使蓝、绿色使蓝、绿色LED光效达到光效达到10 lm/w，实，实现全色化现全色化2、封装与应用封装与应用LED应用显示照明:发光后能被人看到,传递信息:发光后照亮别的物体，使别的 物体能被
4、人看到。应用:显示屏、信号指示、景观装饰应用:各种光源、液晶背光源 LED具有亮度高、功耗小、寿命长、工作电压低、易小型化等优点LED封装直插式贴片式(Lamp)(SMD)【注】SMD:Surface Mounted Devices,表面贴装器件LEDLED显示屏显示屏LEDLED信号指示信号指示LEDLED照明（照明（SSLSSL）【注】SSLSSL:S Semiconductor S Solid L Lighting,半导体固态照明半导体照明走入家庭的瓶颈在于：价格价格、可靠性可靠性、性价比性价比国际主流芯片大厂国际主流芯片大厂CreeCree（科瑞）、（科瑞）、NichiaNichia（
5、日亚）、（日亚）、OsramOsram（欧司朗）、（欧司朗）、Toyota GoseiToyota Gosei（丰田合成丰田合成）、PhilipsPhilips（飞利浦）、（飞利浦）、Seoul SemiconductorSeoul Semiconductor（首尔半导体首尔半导体）国内主要芯片厂家国内主要芯片厂家厦门三安、杭州士兰、武汉华灿、上海蓝光、上海蓝宝厦门三安、杭州士兰、武汉华灿、上海蓝光、上海蓝宝3、外延片生长、外延片生长外延的概念：向外延伸（Epi）同质外延：在同一种材质衬底（GaN）上外延生长异质外延：在不同材质衬底（硅Si、蓝宝石Al2O3、碳化硅SiC）上外延生长，（PSS
6、）蓝光外延片生长设备MOCVD （Metal Organic Chemical Vapor Deposition）TSVeecoMOCVD外延生长示意图GaN缓冲层蓝宝石衬底原材料：NH3、Ga源载气：H2、N2n-GaN原材料：NH3、Ga源 SiH4载气：H2、N2InGaN InGaN 多量子阱多量子阱原材料：NH3、Ga源、In源 Al源、SiH4载气：H2、N2P-GaNP-GaN原材料：NH3、Ga源、Mg源载气：H2、N2蓝光外延片剖面结构示意图源物料源物料:蓝宝石衬底、NH3、Ga源、In源、Al源、Mg源、SiH4、H2、N2生长量子阱时已经决定LED发光颜色LED亮度很大程
7、度处决于外延生长过程4、芯片制作、芯片制作芯片制作芯片制作电极制作电极制作衬底减薄衬底减薄芯片分割芯片分割检测、分拣检测、分拣参见附属资料电极制作电极制作与普通二极管不同的之处：1、要考虑出光效果2、P型GaN掺杂问题导致P型接触困难芯片芯片制作制作主要工艺示意图主要工艺示意图GaN缓冲层蓝宝石衬底n-GaNInGaN InGaN 多量子阱多量子阱P-GaNP-GaN涂胶涂胶；光刻胶；匀胶机；烘箱光刻版曝光曝光显影芯片芯片制作制作主要工艺示意图主要工艺示意图刻蚀GaN缓冲层蓝宝石衬底 n-GaN InGaN InGaN 多量子阱多量子阱 P-GaN P-GaN芯片芯片制作制作主要工艺示意图主要
8、工艺示意图GaN缓冲层蓝宝石衬底 n-GaN InGaN InGaN 多量子阱多量子阱 P-GaN P-GaN蒸镀蒸镀ITOITO薄膜薄膜光刻光刻腐蚀腐蚀ITOITOGaN缓冲层蓝宝石衬底 n-GaN InGaN InGaN 多量子阱多量子阱 P-GaN P-GaN去胶退火退火GaN缓冲层蓝宝石衬底 n-GaN InGaN InGaN 多量子阱多量子阱 P-GaN P-GaN光刻、显影涂胶蒸镀金属薄膜剥离剥离 GaN缓冲层蓝宝石衬底 n-GaN InGaN InGaN 多量子阱多量子阱 P-GaN P-GaN生长SiO2钝化层光刻刻蚀SiO2，开电极窗口 去胶 GaN缓冲层 蓝宝石衬底 n-G
9、aN InGaN InGaN 多量子阱多量子阱 P-GaN P-GaN减薄、研磨减薄、研磨 GaN缓冲层 蓝宝石衬底 n-GaN InGaN InGaN 多量子阱多量子阱 P-GaN P-GaN蒸镀蒸镀DBRDBR【注】DBRDBR:Distributed Bragg ReflectorDistributed Bragg Reflector,分布布拉格反射SiO2Ti2O5裂片激光划片激光划片芯片尺寸芯片尺寸外型尺寸，单位mil（英制）1mil=1/1000 in芯片是由外延片切出来的例如：直径为2in的大园片切成尺寸为10mil的芯片，共能切成多少个？1in=1000mil S=r2=3.1
10、4106mil2 N=S/100=3.14 10000（颗）正装芯片和倒装芯片正装芯片和倒装芯片正装普通尺寸小小芯片，工作电流正装普通尺寸小小芯片，工作电流20mA提高光透过收集率提高光透过收集率,克服蓝宝石低的热导率克服蓝宝石低的热导率,利用热沉加速热的散发利用热沉加速热的散发,可工作在较大电流如可工作在较大电流如350-1000mA垂直结构芯片垂直结构芯片CreeP电电极极外延外延层层N电电极极陶瓷基板陶瓷基板金属金属层层N电电极极外延外延层层金属基板金属基板外延芯片技术与管理技术要求较高；管理要求相对较低管理要求较高；技术要求相对较低重点：技术进步重点：条件控制条件控制SPC控制、6管理
11、；预防永远比补救重要！力争一次把事情做好！预防永远比补救重要！力争一次把事情做好！好的产品是做出来的，不是检验出来的。质量管理的基本理念 质量管理主要目的是及时向生产线反馈信息，预防异常发生。不仅要有好的工艺方案，而且要坚决执行。质量提升无止境！质量提升无止境！抗静电能力（ESD）ESD（Electro-Static Discharge）即静电放电，通常用来评价电子器件对静电的承受能力。LED行业通常的做法是在芯片（或者封装好的LED）上反向加载一个脉冲电压（模拟静电冲击），然后测试芯片（或者封装好的LED）的漏电，以此来评估芯片的抗静电能力。LED ESD水平的高低处决于外延晶体质量、芯片制作过程。