LED基础知识培训(德豪进阶版)

LED基本知识培训田洪涛德豪润达中国珠海2010-6-3大纲1、引言2、封装与应用3、外延片生长4、芯片制作PN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、引言半导体材料分类：LED（lightemittingdiode）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。PN多量子阱（MQW）1、LED使用的都是化合物半导体材料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问世于20世纪60年代，起源于美国，在日本发扬光大。•70年代初，美国杜邦化工厂首先研发出镓砷磷LED，发桔红色，可作仪器仪表指示灯用。•随着技术进步，LED发光颜色覆盖从黄绿色到红外的光谱范围。•80年代后，用液相外延技术，制作高亮度红色LED和红外二极管。MOCVD技术用于外延材料生长后，红光到深紫外LED亮度大幅度提高AlGaAs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LED。GaInN适用于高亮度深绿、蓝、紫和紫外LED。90年代半导体材料GaN使蓝、绿色LED光效达到10lm/w，实现全色化2、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:SurfaceMountedDevices,表面贴装器件LED显示屏LED信号指示LED照明（SSL）【注】SSL:SemiconductorSolidLighting,半导体固态照明半导体照明走入家庭的瓶颈在于：价格、可靠性、性价比国际主流芯片大厂Cree（科瑞）、Nichia（日亚）、Osram（欧司朗）、ToyotaGosei（丰田合成）、Philips（飞利浦）、SeoulSemiconductor（首尔半导体）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3、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）蓝光外延片生长设备MOCVD（MetalOrganicChemicalVaporDeposition）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多量子阱原材料：NH3、Ga源、In源Al源、SiH4载气：H2、N2P-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: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亮度很大程度处决于外延生长过程4、芯片制作芯片制作电极制作衬底减薄芯片分割检测、分拣参见附属资料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型接触困难芯片制作主要工艺示意图GaN缓冲层蓝宝石衬底n-GaNInGaN多量子阱P-GaN涂胶；光刻胶；匀胶机；烘箱光刻版曝光曝光显影芯片制作主要工艺示意图刻蚀GaN缓冲层蓝宝石衬底n-GaNInGaN多量子阱P-GaN芯片制作主要工艺示意图GaN缓冲层蓝宝石衬底n-GaNInGaN多量子阱P-GaN蒸镀ITO薄膜光刻腐蚀ITOGaN缓冲层蓝宝石衬底n-GaNInGaN多量子阱P-GaN去胶退火GaN缓冲层蓝宝石衬底n-GaNInGaN多量子阱P-GaN光刻、显影涂胶蒸镀金属薄膜剥离GaN缓冲层蓝宝石衬底n-GaNInGaN多量子阱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-GaNInGaN多量子阱P-GaN减薄、研磨GaN缓冲层蓝宝石衬底n-GaNInGaN多量子阱P-GaN蒸镀DBR【注】DBR:DistributedBraggReflector,分布布拉格反射SiO2Ti2O5裂片激光划片芯片尺寸外型尺寸，单位mil（英制）1mil=1/1000in=25.4µm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=1000milS=πr2=3.14×106mil2N=S/100=3.14×10000（颗）正装芯片和倒装芯片正装普通尺寸小小芯片，工作电流20mA提高光透过收集率,克服蓝宝石低的热导率,利用热沉加速热的散发,可工作在较大电流如350-1000mA垂直结构芯片CreeP电极外延层N电极陶瓷基板金属层N电极外延层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SPC控制、6σ管理；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！抗静电能力（ESD）ESD（Electro-StaticDischarge）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。LEDESD水平的高低处决于外延晶体质量、芯片制作过程。