LED基本知识培训课件

LED基本知识培训田洪涛德豪润达中国珠海2010-6-3LED基本知识培训田洪涛1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2PN

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：PN晶体二极管是一种由P型半导体和N型半导体形3LED（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。

P

N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（lightemittingdiode）发光二极管4LED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。5MOCVD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MOCVD技术用于外延材料生长后，红光到深紫外LED亮度大幅62、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7LED封装直插式贴片式(Lamp)(SMD)【注】SMD:SurfaceMountedDevices,表面贴装器件LED封装直插式贴片式(Lamp)(SMD)【注】SMD:S8LED显示屏LED显示屏9LED信号指示LED信号指示10LED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LED照明（SSL）【注】SSL:Semiconductor11LED基本知识培训12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、上海蓝宝国际主流芯片大厂Cree（科瑞）、Nichia（日亚）、Os133、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：在同一14蓝光外延片生长设备MOCVD

（MetalOrganicChemicalVaporDeposition）TS蓝光外延片生长设备MOCVDTS15VeecoVeeco16MOCVD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、N2MOCVD外延生长示意图GaN缓冲层蓝宝石衬底原材料：NH317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图源物料:蓝宝石衬底、NH3、Ga源、184、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19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G20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GaN缓冲层蓝宝石衬底n-GaNInG21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刻蚀GaN缓冲层蓝宝石衬底22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ITO芯片制作主要工艺示意图GaN缓冲层蓝宝石衬底23GaN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-GaN24GaN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-GaN25GaN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

26LED基本知识培训27GaN缓冲层蓝宝石衬底n-GaNInGaN多量子阱P-GaN减薄、研磨

28GaN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

29LED基本知识培训30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）芯片尺寸外型尺寸，单位mil（英制）1mil=1/100031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32垂直结构芯片Cree垂直结构芯片Cree33P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34LED基本知识培训35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！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36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37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。抗静电能力（ESD）ESD（Electro-Sta38谢谢！谢谢！39演讲完毕，谢谢观看！演讲完毕，谢谢观看！40LED基本知识培训田洪涛德豪润达中国珠海2010-6-3LED基本知识培训田洪涛41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42PN

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：PN晶体二极管是一种由P型半导体和N型半导体形43LED（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。

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N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（lightemittingdiode）发光二极管44LED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。45MOCVD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MOCVD技术用于外延材料生长后，红光到深紫外LED亮度大幅462、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47LED封装直插式贴片式(Lamp)(SMD)【注】SMD:SurfaceMountedDevices,表面贴装器件LED封装直插式贴片式(Lamp)(SMD)【注】SMD:S48LED显示屏LED显示屏49LED信号指示LED信号指示50LED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LED照明（SSL）【注】SSL:Semiconductor51LED基本知识培训52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、上海蓝宝国际主流芯片大厂Cree（科瑞）、Nichia（日亚）、Os533、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：在同一54蓝光外延片生长设备MOCVD

（MetalOrganicChemicalVaporDeposition）TS蓝光外延片生长设备MOCVDTS55VeecoVeeco56MOCVD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、N2MOCVD外延生长示意图GaN缓冲层蓝宝石衬底原材料：NH357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图源物料:蓝宝石衬底、NH3、Ga源、584、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59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G60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GaN缓冲层蓝宝石衬底n-GaNInG61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刻蚀GaN缓冲层蓝宝石衬底62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ITO芯片制作主要工艺示意图GaN缓冲层蓝宝石衬底63GaN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-GaN64GaN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-GaN65GaN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

66LED基本知识培训67GaN缓冲层蓝宝石衬底n-GaNInGaN多量子阱P-GaN减薄、研磨

68GaN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

69LED基本知识培训70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2i