LED芯片制程学习课件.ppt

1、2021/3/281LED工艺简介工艺简介12021/3/2822LEDLED的芯片结构的芯片结构LED的发光原理的发光原理LED的工艺流程的工艺流程2021/3/283LED的内部是什么的内部是什么?32021/3/2841.LED芯片芯片 N型氮化型氮化物半导体物半导体层层P型氮化型氮化物半导物半导体层体层发光层发光层发光发光层层透明电极透明电极透明电极透明电极P侧电极板侧电极板P侧电极板侧电极板N侧电极板侧电极板N侧电极板侧电极板V电极电极LED芯片芯片L电极电极LED芯片芯片42021/3/285LED是如何发光的是如何发光的?52021/3/2862.LED发光原理发光原理EFVD形

2、成结形成结空间电荷区空间电荷区p型型n型型自由电子自由电子空穴空穴EFVD-V形成结形成结空间电荷区空间电荷区p型型n型型自由电子自由电子空穴空穴正向电压正向电压+光、热光、热导带导带禁带禁带价带价带VD:扩散电位扩散电位 未施加外电压的平衡状态未施加外电压的平衡状态施加施加p型为正、型为正、n型为负的电压后型为负的电压后发光层发光层6参考文献参考文献:LED照明设计与应用照明设计与应用作者作者:(日日)LED照明推进协会照明推进协会|译者译者:李农李农/杨燕杨燕2021/3/287为什么为什么LED会发不同颜色的光会发不同颜色的光?72021/3/288LED发光波长取决于什么因素发光波长取

3、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。8参考文献参考文献:Introduction to Nitride Semiconductor Blue Lasers and Light Emitting Diodes2021/3/289混晶的发光波长混晶的发光波长92021/3/2810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102021/3/2811LED 发光管是怎样发光管是怎样“练练”成成的的Sapphire蓝宝石蓝宝石112021/3/2812LE

4、D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122021/3/2813MOCVD外延蓝宝石蓝宝石缓冲层缓冲层N-GaNp-GaNMQWMOCVD是金属有机化合物化学气相淀积是金属有机化合物化学气相淀积(Metal-organic Chemical Vapor DePosition)的英文缩写的英文缩写 MOCVDMOCVD技术具有下列优点技术具有下列优点:(l)(l)适用范围广泛适用范围广泛,几乎

5、可以生长所有化合物及合金半导体几乎可以生长所有化合物及合金半导体;(2)(2)非常适合于生长各种异质结构材料非常适合于生长各种异质结构材料;(3)(3)可以生长超薄外延层可以生长超薄外延层,并能获得很陡的界面过渡并能获得很陡的界面过渡;(4)(4)生长易于控制生长易于控制;(5)(5)可以生长纯度很高的材料可以生长纯度很高的材料;(6)(6)外延层大面积均匀性良好外延层大面积均匀性良好;(7)(7)可以进行大规模生产。可以进行大规模生产。132021/3/2814清洗清洗有机物有机物金属离子金属离子清洗清洗:通过有机溶剂的溶解作用通过有机溶剂的溶解作用,结合超声波清洗技术结合超声波清洗技术去除

6、硅片表面的有机杂质和金属离子。去除硅片表面的有机杂质和金属离子。主要溶剂有主要溶剂有:H2SO4溶液、溶液、H2O2溶液、氢氟酸溶液、盐溶液、氢氟酸溶液、盐酸、酸、NH4OH等等142021/3/2815n区光刻区光刻正性光刻胶正性光刻胶光刻掩光刻掩膜板膜板紫外线紫外线显显影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合图形,从而实现选择性扩散和金属薄膜不限的目的。从而实现选择性扩散和金属薄膜不限的目的。1、光刻胶、光刻胶:正胶和负胶正胶和负胶2、曝光、曝光:光学曝光就可分为接触式、接近式、投影式、直接分步重光学曝

7、光就可分为接触式、接近式、投影式、直接分步重 复触式复触式,此外此外,还有电子束曝光和还有电子束曝光和X射线曝光等。射线曝光等。3、显影、显影:湿法去胶湿法去胶,非金属用浓硫酸去胶非金属用浓硫酸去胶,金属用有机溶剂去胶。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。干法去胶，等离子去胶和紫外光分解去胶。152021/3/2816刻蚀刻蚀光刻胶光刻胶刻蚀技术刻蚀技术湿法湿法干法干法化学刻蚀化学刻蚀电解刻蚀电解刻蚀离子束溅射刻蚀（物理作用）离子束溅射刻蚀（物理作用）等离子体刻蚀（化学作用）等离子体刻蚀（化学作用）反应离子刻蚀（物理化学作用）反应离子刻蚀（物理化学作用）162021/3/

8、2817去胶去胶强氧化剂或等离子体强氧化剂或等离子体光刻胶光刻胶湿法去胶湿法去胶:非金属用浓硫酸去胶非金属用浓硫酸去胶,金属用有机溶剂去胶。金属用有机溶剂去胶。干法去胶干法去胶:等离子去胶和紫外光分解去胶。等离子去胶和紫外光分解去胶。172021/3/2818P区透明导电层区透明导电层氧化铟锡氧化铟锡氧化铟锡氧化铟锡(ITO)主要的特性是其电学传导和光学透明的组合。主要的特性是其电学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。积技术的方法沉积到表面。光刻光刻胶胶刻蚀刻蚀

9、去胶去胶182021/3/2819N电极光刻光刻光刻胶胶192021/3/2820N电极蒸发金属分子金属分子欧姆接触电极的方法主要有欧姆接触电极的方法主要有:(1)液体金属法液体金属法;(2)烧渗合金法烧渗合金法;(3)化学镀镍法化学镀镍法;(4)喷涂法喷涂法;(5)物理蒸发法。物理蒸发法。剥离剥离202021/3/2821N退火N2退火将工件加热到适当温度,根据材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。212021/3/2822P压焊点光刻P压焊点的制作P压焊点蒸发P压焊点剥离222021/3/2

10、823钝化层沉积为了使芯片的有效寿命趋于体寿命为了使芯片的有效寿命趋于体寿命,我们要尽量减少表我们要尽量减少表面寿命的影响面寿命的影响,为此我们使用表面钝化的方法，通常的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。等方法。232021/3/2824钝化层光刻242021/3/2825钝化层刻蚀252021/3/2826钝化层去胶262021/3/2827检验272021/3/2828减薄282021/3/2829划片292021/3/2830裂片302021/3/2831 划片,裂片工作流程图划片前晶片背

11、面划片后背面划片后,侧视图裂片后,侧视图312021/3/2832测试分检322021/3/2833LED: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LEDLED的组成部分工艺流程:332021/3/2834问题问题:我们研究我们研究LED的突破口和关键点在哪儿的突破口和关键点在哪儿?342021/3/2835发展阶段发展阶段年份年份发展进程发展进程发光效率发光效率（lm/w）应用领域应用领域指指示示应应用用1962GaAsP红光红光LED（样品）（样品）302005InGaAlPGaAs、InGaNSiC彩彩色色LED50

12、2007-2009功率级白光功率级白光LED100352021/3/2836我的几点设想我的几点设想:1.MQW（多重量子阱）掺磁性纳米粒子杂质提高（多重量子阱）掺磁性纳米粒子杂质提高 发光效率。发光效率。掺入磁性纳米粒子会怎样掺入磁性纳米粒子会怎样?362021/3/28372.大功率白光大功率白光LED的发光面积扩大。的发光面积扩大。372021/3/28383.LED显示屏的制造。显示屏的制造。三星公司出品的三星公司出品的40英寸英寸OLED电视原型机电视原型机 是否可以小型化是否可以小型化?382021/3/2839能否将三基色能否将三基色LED小型化并小型化并将其集成到一块衬底上将其集成到一块衬底上?392021/3/2840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402021/3/2841参考文献1、LED照明设计与应用照明设计与应用作者作者:(日日)LED照明推进协会照明推进协会|译者译者:李农李农/杨燕。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。2021/3/2842谢谢谢谢