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1、2021/3/28,1,LED工艺简介,1,2021/3/281LED工艺简介1,2021/3/28,2,2,2021/3/2822LEDLED的芯片结构LED的发光原理,2021/3/28,3,LED的内部是什么?,3,2021/3/283LED的内部是什么?3,2021/3/28,4,1 . LED芯片,N型氮化物半导体层,P型氮化物半导体层,发光层,发光层,透明电极,透明电极,P侧电极板,P侧电极板,N侧电极板,N侧电极板,V电极LED芯片,L电极LED芯片,4,2021/3/2841 . LED芯片 N型,2021/3/28,5,LED是如何发光的?,5,2021/3/285LED是如
2、何发光的?5,2021/3/28,6,2 . LED发光原理,EF,VD,形成结,空间电荷区,型,n型,自由电子,空穴,EF,VD-V,形成结,空间电荷区,型,n型,自由电子,空穴,正向电压,+,光、热,导带,禁带,价带,VD:扩散电位,未施加外电压的平衡状态,施加p型为正、n型为负的电压后,发光层,6,参考文献:LED照明设计与应用作者:(日)LED照明推进协会|译者:李农/杨燕,2021/3/2862 . LED发光原理EFVD形成结空间,2021/3/28,7,为什么LED会发不同颜色的光?,7,2021/3/287为什么LED会发不同颜色的光?7,2021/3/28,8,LED发光波长
3、取决于什么因素,发光波长取决于 禁带宽度: = 1240/Eg (nm)可见光的波长范 围:380nm -800 nm,对应的禁带 宽度约3.31.6eV通过形成混晶可 以实现发光波长 的连续变化。,8,参考文献:Introduction to Nitride Semiconductor Blue Lasers and Light Emitting Diodes,2021/3/288LED发光波长取决于什么因素发光波长取决,2021/3/28,9,混晶的发光波长,9,2021/3/289混晶的发光波长9,2021/3/28,10,用不同颜色及数目LED加荧光粉所做成的白光LED的优点及缺点,1
4、0,2021/3/2810用不同颜色及数目LED加荧光粉所做成的,2021/3/28,11,LED 发光管是怎样“练”成的,Sapphire蓝宝石,11,2021/3/2811LED 发光管是怎样“练”成的Sapp,2021/3/28,12,LED生产流程图,基板（衬底 ）,磊晶制程,磊晶片,清洗,蒸镀,光刻作业,化学刻蚀,熔合,研磨,切割,单晶炉、切片机磨片机、抛光机,外延炉（MOCVD）,清洗机、烘箱,蒸镀机/电子枪,烘烤 上光阻照相曝光 显影,刻蚀机,减薄机清洗机,切割机、清洗机、甩干机,测试,探針测试台颗粒度检测仪,封裝,12,2021/3/2812LED生产流程图基板（衬底 ）磊晶制
5、程,2021/3/28,13,MOCVD外延,MOCVD是金属有机化合物化学气相淀积(Metal-organic Chemical Vapor DePosition)的英文缩写,MOCVD技术具有下列优点:(l)适用范围广泛,几乎可以生长所有化合物及合金半导体;(2)非常适合于生长各种异质结构材料;(3)可以生长超薄外延层,并能获得很陡的界面过渡;(4)生长易于控制;(5)可以生长纯度很高的材料;(6)外延层大面积均匀性良好;(7)可以进行大规模生产。,13,2021/3/2813MOCVD外延蓝宝石缓冲层N-GaNp,2021/3/28,14,清洗,有机物,金属离子,清洗:通过有机溶剂的溶解
6、作用,结合超声波清洗技术去除硅片表面的有机杂质和金属离子。,主要溶剂有:H2SO4溶液、H2O2溶液、氢氟酸溶液、盐酸、NH4OH等,14,2021/3/2814清洗有机物金属离子清洗:通过有机溶剂的,2021/3/28,15,n区光刻,正性光刻胶,紫外线,显影,光刻的目的就是在芯片或金属薄膜上刻蚀出与掩模板完全对应的集合图形,从而实现选择性扩散和金属薄膜不限的目的。,1、光刻胶:正胶和负胶,2、曝光:光学曝光就可分为接触式、接近式、投影式、直接分步重 复触式,此外,还有电子束曝光和X射线曝光等。,3、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解去
7、胶。,15,2021/3/2815n区光刻正性光刻胶光刻掩膜板紫外线显影,2021/3/28,16,刻蚀,光刻胶,刻蚀技术,湿法干法,化学刻蚀电解刻蚀,离子束溅射刻蚀（物理作用）等离子体刻蚀（化学作用）反应离子刻蚀（物理化学作用）,16,2021/3/2816刻蚀光刻胶刻蚀技术湿法化学刻蚀离子束溅,2021/3/28,17,去胶,强氧化剂或等离子体,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解去胶。,17,2021/3/2817去胶强氧化剂或等离子体光刻胶湿法去胶:,2021/3/28,18,P区透明导电层,氧化铟锡,氧化铟锡 (ITO)主要的特性是其电学
8、传导和光学透明的组合。,氧化铟锡薄膜最通常是用电子束蒸发、物理气相沉积、或者一些溅射沉积技术的方法沉积到表面。,刻蚀,去胶,18,2021/3/2818P区透明导电层氧化铟锡氧化铟锡 (IT,2021/3/28,19,N电极光刻,光刻胶,19,2021/3/2819N电极光刻光刻胶19,2021/3/28,20,N电极蒸发,金属分子,欧姆接触电极的方法主要有:(1)液体金属法;(2)烧渗合金法; (3)化学镀镍法;(4)喷涂法; (5)物理蒸发法。,剥离,20,2021/3/2820N电极蒸发金属分子欧姆接触电极的方法主,2021/3/28,21,N退火,N2,退火将工件加热到适当温度,根据材
9、料和工件尺寸采用不同的保温时间,然后进行缓慢冷却(冷却速度很慢)，目的是使材料内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能。,21,2021/3/2821N退火N2退火将工件加热到适当温度,2021/3/28,22,P压焊点光刻,P压焊点的制作,P压焊点蒸发,P压焊点剥离,22,2021/3/2822P压焊点光刻P压焊点的制作P压焊点蒸发,2021/3/28,23,钝化层沉积,为了使芯片的有效寿命趋于体寿命,我们要尽量减少表面寿命的影响,为此我们使用表面钝化的方法，通常的钝化方法有热处理，化学钝化以及硅片表面电荷沉积等方法。,23,2021/3/2823钝化层沉积为了使芯片的有效寿
10、命趋于体寿,2021/3/28,24,钝化层光刻,24,2021/3/2824钝化层光刻24,2021/3/28,25,钝化层刻蚀,25,2021/3/2825钝化层刻蚀25,2021/3/28,26,钝化层去胶,26,2021/3/2826钝化层去胶26,2021/3/28,27,检验,27,2021/3/2827检验27,2021/3/28,28,减薄,28,2021/3/2828减薄28,2021/3/28,29,划片,29,2021/3/2829划片29,2021/3/28,30,裂片,30,2021/3/2830裂片30,2021/3/28,31,划片,裂片工作流程图,划片前晶片背面
11、,划片后背面,划片后,侧视图,裂片后,侧视图,31,2021/3/2831划片,裂片工作流程图划片前晶片背面划片,2021/3/28,32,测试分检,32,2021/3/2832测试分检32,2021/3/28,33,LED:Whats inside?,电极,LED芯片,透明环氧树脂圆顶,金线,有反射碗的阴极杆,设计 生长 加工 封装 检测,封装好的LED,LED的组成部分,工艺流程:,33,2021/3/2833LED:Whats inside?电,2021/3/28,34,问题:,我们研究LED的突破口和关键点在哪儿?,34,2021/3/2834问题:我们研究LED的突破口和关键点在,2
12、021/3/28,35,35,2021/3/2835发展阶段年份发展进程发光效率（lm/w,2021/3/28,36,我的几点设想:,1.MQW（多重量子阱）掺磁性纳米粒子杂质提高 发光效率。,掺入磁性纳米粒子会怎样?,36,2021/3/2836我的几点设想:1.MQW（多重量子阱）,2021/3/28,37,2.大功率白光LED的发光面积扩大。,37,2021/3/28372.大功率白光LED的发光面积扩大。3,2021/3/28,38,3.LED显示屏的制造。,三星公司出品的40英寸OLED电视原型机,是否可以小型化?,38,2021/3/28383.LED显示屏的制造。三星公司出品的,
13、2021/3/28,39,能否将三基色LED小型化并将其集成到一块衬底上?,2021/3/2839能否将三基色LED小型化并39,2021/3/28,40,总结,一是做小尺寸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,40,2021/3/2840总结一是做小尺寸小40,2021/3/28,41,参考文献,1、LED照明设计与应用作者: (日)LED照明推进协会|译者:李农/杨燕。2、Introduction to Nitride Semiconductor Blue Lasers and Light Emitting Diodes。3、半导体器件工艺原理黄汉尧 等编。4、半导体器件原理 傅兴华 编。,2021/3/2841参考文献1、LED照明设计与应用作,2021/3/28,42,谢谢,2021/3/2842谢谢,
