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1、LED基本知识培训,田洪涛德豪 润达中国 珠海2010-6-3,LED基本知识培训田洪涛,大纲,1、引言2、封装与应用3、外延片生长4、芯片制作,大纲1、引言,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,半导体材料分类：,P N 晶体二极管是一种由P型半导体和N型半导体形,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、
2、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（light emitting diode）发光二极管,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。,LED 问世于20世纪60年代，起源于美国，在日本发扬光大。,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
3、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10 lm/w，实现全色化,MOCVD技术用于外延材料生长后，红光到深紫外LED亮度大幅,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,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,LED封装,直插式,贴片式
4、,(Lamp),(SMD),【注】SMD:Surface Mounted Devices,表面贴装器件,LED封装直插式贴片式(Lamp)(SMD)【注】SMD:S,LED显示屏,LED显示屏,LED信号指示,LED信号指示,LED照明（SSL）,【注】SSL:Semiconductor Solid Lighting,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,LED照明（SSL）【注】SSL:Semiconductor,LED基础知识培训课件,国际主流芯片大厂,Cree（科瑞）、Nichia（日亚）、Osram（欧司朗）、Toyota Gosei（丰田合成）、Phil
5、ips（飞利浦）、Seoul Semiconductor（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,国际主流芯片大厂Cree（科瑞）、Nichia（日亚）、Os,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）,3、外延片生长外延的概念：向外延伸（Epi）同质外延：在同一,蓝光外延片生长设备MOCVD （Metal Organic Chemical Vapor Deposition ）,TS,蓝光外延片生长设备MOCV
6、DTS,Veeco,Veeco,MOCVD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、N2,n-GaN,原材料：NH3、Ga源 SiH4载气：H2、N2,InGaN 多量子阱,原材料：NH3、Ga源、In源 Al源、SiH4载气：H2、N2,P-GaN,原材料：NH3、Ga源、Mg源载气：H2、N2,MOCVD外延生长示意图GaN缓冲层蓝宝石衬底原材料：NH3,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,蓝光外延片剖面结构示意
7、图源物料:蓝宝石衬底、NH3、Ga源、,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,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,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,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G,芯片制作主要工艺示意图,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GaN缓冲层蓝宝石衬底n-GaNInG,芯片制作主要工艺示意图,刻蚀,芯片制作主要工艺示意图刻蚀GaN缓冲层蓝宝石衬底,芯片制作主要工艺示意图,蒸镀ITO薄膜,
8、光刻,腐蚀ITO,芯片制作主要工艺示意图GaN缓冲层蓝宝石衬底,去胶,退火,GaN缓冲层蓝宝石衬底 n-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-GaN,生长SiO2钝化层,光刻,刻蚀SiO2，开电极窗口,去胶,LED基础知识培训课件,减薄、研磨,蒸镀DBR,【注】DBR:Distributed Bragg Reflector,分布布拉格反射,SiO2,Ti2O5,裂片,激光划片,LED基础知识培训课件,芯片尺寸,外型尺寸，单位mil（英制）,1mil=1/1000 in =25.4m,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，
9、共能切成多少个？ 1in=1000mil S=r2=3.14106mil2 N=S/100=3.14 10000（颗）,芯片尺寸外型尺寸，单位mil（英制）1mil=1/1000,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,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,垂直结构芯片,Cree,垂直结构芯片Cree,P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,LED基础知识培训课件,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
10、高；技术要求相对较低,重点：技术进步,重点：条件控制,SPC控制、6管理；,预防永远比补救重要！力争一次把事情做好！,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,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！,好的产品是做出来的，不是检验出来的。质量管理的基,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。,抗静电能力（ESD） ESD（Electro-Sta,谢谢！,谢谢！,
