LED芯片及其制备应用

LED芯片及其制备四、LED芯片的制备及应用主要内容一、

半导体材料二、LED芯片组成与分类三、LED芯片用衬底材料一、

半导体材料半导体材料（semiconductormaterial）是一类具有半导体性能（导电能力介于导体与绝缘体之间，电阻率约在1mΩ·cm～1GΩ·cm范围内）、可用来制作半导体器件和集成电路的电子材料。20世纪初元素半导体硅（Si）锗（Ge）20世纪50年代化合物半导体砷化镓（GaAs）铟磷（InP）20世纪90年代宽禁带化合物半导体氮化镓（GaN）碳化硅（SiC）氧化锌（ZnO）不是所有的半导体材料都能发光，半导体材料分为直接带隙材料和间接带隙材料，只有直接带隙材料才能发光。直接带隙材料电子可在导带带底垂直跃迁到价带带顶，它在导带和价带中具有相同的动量，发光率高。用于发光的直接带隙材料有GaAs、AlGaAs、InP、InGaAsP等。间接带隙材料电子不能在导带带底垂直跃迁到价带带顶，它在导带和价带中的动量不相等，这种间接带隙材料很难发光，即便能发光，效率也很低。因此必须有另一粒子参与后使动量相等，这个粒子的能量为Ep，动量为kp。GaPLED芯片又称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），鎵铝砷（GaAlAs），或砷化鎵（GaAs），氮化鎵（GaN）等材质组成，其内部结构为一个PN结，具有单向导电性。二、LED芯片组成与分类芯片按发光亮度分类可分为：☆一般亮度：R(红色GAaAsP655nm)、H

(

高红GaP697nm

)、G

(

绿色GaP565nm

)、Y

(

黄色GaAsP/GaP585nm

)、E(桔色GaAsP/GaP635nm

)等；☆高亮度：VG(较亮绿色GaP565nm)、VY(较亮黄色GaAsP/

GaP585nm)、SR(较亮红色GaA/AS660nm)；☆超高亮度：UG﹑UY﹑UR﹑UYS﹑URF﹑UE等。AS芯片﹕Absorbablestructure(吸收衬底）芯片各单色纯芯片发光的LED芯片按组成元素可分为：☆二元晶片(磷﹑镓)：H﹑G等；☆三元晶片(磷﹑镓﹑砷)：SR(较亮红色GaA/AS660nm)、HR

(超亮红色GaAlAs660nm)、UR(最亮红色GaAlAs660nm)等；☆

四元晶片(磷﹑铝﹑镓﹑铟)：SRF(

较亮红色

AlGalnP

)、HRF(超亮红色

AlGalnP)、URF(最亮红色AlGalnP630nm)、VY(较亮黄色GaAsP/GaP585nm)、HY(超亮黄色AlGalnP595nm)、UY(最亮黄色AlGalnP595nm)、UYS(最亮黄色AlGalnP587nm)、UE(最亮桔色AlGalnP620nm)、HE(超亮桔色AlGalnP620nm)、UG(最亮绿色AIGalnP574nm)LED等。借此可以控制制LED所发出的光的的波长，也就就是光谱或颜颜色。目前广泛使用用的有红、绿绿、蓝三种。。LED工作电压低(仅1.5~3V)，能主动发光光且有一定亮亮度，亮度又又能用电压(或电流)调节。LED的发光颜色、、发光效率与与制作LED的材料和制程有关1.LPE：液相磊晶法GaP/GaP；VPE：气相磊晶法GaAsP/GaAs；MOVPE：有机金属气相相磊晶法)AlGaInP、GaN；芯片按磊晶种类：三、LED芯片用衬底材材料优点：生产技技术成熟，器器件质量较好好，稳定性很很好；机械强强度高，易于于处理和清洗洗。存在的问题：：晶格失配和和热应力失配配，会在外延延层中产生大大量缺陷；蓝蓝塞石是一种种绝缘体，在在上表面制作作两个电极，，造成了有效效发光面积减减少；增加了了工艺过程，，制作成本高高。①蓝宝石衬衬底电流可以纵向向流动（V接触），因此此增大了LED的发光面积，，从而提高了了LED的出光效率。。因为硅是热热的良导体，，所以器件的的导热性能可可以明显改善善，从而延长长了器件的寿寿命。②硅衬底底目前有部分LED芯片采用硅衬衬底。硅衬底底的芯片电极极可采用两种种接触方式，，分别是L接触(Laterial-contact，水平接触)和V接触(Vertical-contact，垂直接触)。V型电极芯片结构通常常为单电极结结构；L型电极的芯片结构通通常为双电极极结构。碳化硅衬底(CREE公司专门采用用SiC材料作为衬底底)的LED芯片，电极是V型电极，电流流是纵向流动动的。采用这种衬底底制作的器件件的导电和导热性性能都非常好好，有利于做成成面积较大的的大功率器件件。碳化硅的的热导率为490W/(m·K)，要比蓝宝石石衬底高出10倍以上。③碳化硅衬衬底衬底与外延膜膜的结构匹配配衬底与外延膜膜的热膨胀系系数匹配衬底与外延膜膜的化学稳定定性匹配材料制备的难难易程度及成成本的高低半导体单晶生生长及衬底片片加工清洗(Cleaning)拋光(Polishing)檢查(Inspection)晶棒成長切切片(Slicing)研磨(Lapping)原料—长晶—定向—掏棒—滚磨—晶棒—定向—切片—研磨—倒角—抛光—清洗—基片通过对高纯原原料熔融、化化合物单晶生生长、切割、、磨片、抛光光、真空包装装等工艺，制制成外延生长长用衬底片。。包括单晶生生长炉、抛光光机、变频频行星式球磨磨机、晶体体切割机等高纯原料化合物单晶外延用衬底片基本工艺流程程光刻刻蚀蒸发溅射退火处理解理LED外延与芯片制作MOCVD材料外延生长镀介质膜镀膜解理/划片真空包装四、LED芯片的制备及及应用蓝宝石缓冲层N-GaNp-GaNMQW在半导体基片片上形成一个个与基片结晶晶轴同晶向的的半导体薄层层，称为半导导体外延生长长技术，所形形成的薄层称称为外延层P、N极的分分离表表现为为元素素掺杂杂度的的不同同依制程程的不不同，，可分分为LPE(液相磊磊晶)、MOCVD(有机金金属气气相磊磊晶)及MBE(分子束束磊晶晶)。LPE的技术术较低低，主主要用用于一一般的的发光光二极极管MBE的技术术层次次较高高，容容易成成长极极薄的的磊晶晶，且且纯度度高，，平整整性好好，但但量产产能力力低，，磊晶晶成长长速度度慢。。MOCVD除了纯纯度高高，平平整性性好外外，量量产能能力及及磊晶晶成长长速度度亦较较MBE为快，，所以以现在在大都都以MOCVD来生产产。MOCVD其过程程首先先是将将GaN衬底放放入昂昂贵的的有机机化学学气相相沉积积炉（（简MOCVD，又称称外延延炉）），再再通入入III、II族金属属元素素的烷烷基化化合物物（甲基或或乙基基化物物）蒸蒸气与与非金属属(V或VI族元素素）的氢化化物（或烷烷基物物）气气体。。在高温温下，，发生生热解解反应应，生生成III-V或II-VI族化合合物沉沉积在在衬底底上，，生长长出一一层厚厚度仅仅几微微米的的化合合物半半导体体外延延层。。长有有外延延层的的GaN片也就就是常常称的的外延延片。。双气流流MOCVD生长GaN装置MOCVD英国ThomasSwan公司制制造，，具有有世界界先进进水平平的商商用金金属有有机源源汽相相外延延(MOCVD)材料生长长系统，，可用于于制备以以GaN为代表的的第三代代半导体体材料外延片为什么有有个缺口口呢？倒角：晶片经经过切割割后边缘缘表面有有稜角毛毛刺崩边边甚至有有裂缝或或其它缺缺陷，边边缘表面面比较粗粗糙。为为了增加加切片边边缘表面面机械强强度、减减少颗粒粒污染，，就要将将其边缘缘磨削呈呈圆弧状状或梯形形。光刻ITO剥离、合金光刻胶ITOP-GaN金电极衬底缓冲层N-GaNMQW光刻电极蒸镀电极ICP刻蚀外延片ITO光刻ITO甩胶胶前烘烘曝光光显影影坚膜膜腐蚀蚀ITO氧化铟锡锡是IndiumTinOxides的缩写。。作为纳米米铟锡金金属氧化化物，具有很好好的导电电性和透透明性，可以切切断对人人体有害害的电子子辐射，，紫外线线及远红红外线。。因此，，喷涂在在玻璃，，塑料及及电子显显示屏上上后，在在增强导导电性和和透明性性的同时时切断对对人体有有害的电电子辐射射及紫外外线、红红外线。。掩膜板光刻ITO甩胶：将少许许光刻胶胶滴在外外延片上上，用匀匀胶台在在高速旋旋转后形成均均匀的胶胶膜。前烘：使光刻刻胶的溶溶剂挥发发，用于于改善光光刻胶与与样品表表面的粘附性。。曝光：用紫外外光通过过光刻板板曝光，，曝光的的区域发发生化学学变化。。曝光原理理图手动曝光光机显影后的的图形腐蚀：用用36%-38%的盐酸腐腐蚀ITO显影：用用显影液液除去应应去掉部部分的光光刻胶，，已获得得腐蚀时时由胶膜保护护的图形形。后烘：使使光刻胶胶更坚固固，避免免被保护护的地方方发生腐腐蚀掩膜板光刻电极极显影后的的图形蒸发剥离合金减薄减薄：减小衬底厚厚度，利于于切割、散散热激光划片蒸发原理图图贴膜白膜：宽度度为16cm,粘性随温度度的升高增增加;划片激光打在蓝蓝宝石衬底底上，所用用激光为紫紫外光，波波长为355nm。为了更好好的把圆圆片裂开开，需要要让激光光打在管管芯轨道道的中央央位置，，调节激激光的焦焦距，使使激光聚聚焦在片片子上表表面，激激光的划划痕深度度尽量在在25-30um。倒膜蓝膜：宽宽度22cm倒膜时衬衬底朝上上，有电电极的一一面朝下下。从分选机机上卸下下来的蓝蓝膜比较较小，不不便于包包装、运运输。必必须把芯芯片放在在比较大大的、美美观的东东西上面面。倒膜要倒倒两次，，因为芯芯片工作作是在正正面，所所以正面面不应该该接触附附着物，，否则会会影响光光电特性性。裂片片设设备备裂片裂片前我我们在片片子上贴贴一层玻玻璃纸，，防止裂裂片时刀刀对管芯芯的破坏坏。扩膜由于LED芯片在划划片后依依然排列列紧密，，间距很很小（约约0.1mm），不利利于