光学与光子学课件-led生产工艺全介绍课件

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1、LEDPROCESSAuthor：HTServiceWelcomeJemy2004.12.15OUTLINE一、LED的分类二、LED概念与发光原理解释三、LED制程工艺四、相关设备五、LED应用市场及前景六、DicingSawIntroduction2004.12.15LED的分类按颜色可分为：红、橙、黄、绿、蓝等。其中红、橙、黄、绿为传统色，蓝为新开发的品种。由于三基色红、绿、蓝的存在，根据不同的比例它们可以混合成自然界中所有色彩。故全彩LED可以扩张其应用领域。按发光强度可分为：a.普通亮度LED（发光强度<10mcd）；高亮度LED(发光

2、强度在10～100mcd间)；超高亮度LED（发光强度>100mcd）。按制作材料可分为：GaAs、GaAsP、AlGaInP、GaP、GaAsAlP、GaN等。2004.12.15LED概念与发光原理解释什么是发光二极管？概念：半导体发光二极管是一类具有一定量、一定成分之三五族材料，於輸入一定電壓電流後，會發出一定波長，一定顏色，一定亮度光的结构较简单的半导体发光器件。其发射的波长覆盖了可见光、红外—远红外。（通常发光二极管是指发射可见光的二极管，发光光谱为380—780nm，为人眼所见。）2004.12.15LED工作原理、特性（一）LED发

3、光原理发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）、AlGaInP（磷化铝镓铟）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。这些电子与价带上的空穴复合，复合时得到的能量以光能的形式释放。这就是P-N结发光的原理。如图1所示。2004.12.15（续）2004.12.15理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有关，即

4、λ≈1240/Eg（mm）电子由导带向价带跃迁时以光的形式释放能量，大小为禁带宽度Eg，由光的量子性可知，hf=Eg[h为普朗克常量,f为频率，据f=c/λ,可得λ=hc/Eg,当λ的单位用um,Eg单位用电子伏特（eV）时，上式为λ=1.24um·ev/Eg]，若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应在1.59～3.26eV之间。（续）2004.12.15（续）在此能量范围之内，带隙为直接带的III-V族半导体材料只有GaN等少数材料。解决这个问题的一个办法是利用III-V族的二元化合物组成新的三元或四元

5、III-V族固溶体，通过改变固溶体的组分来改变禁带宽度与带隙类型。由两种III-V族化合物（如GaP和GaAs、GaP和InP）组成三元化合物固溶体，它们也是半导体材料,并且其能带结构、禁带宽度都会随着组分而变化，由一种半导体过渡到另一种半导体。2004.12.15X的取值三元化合物GaPXAs1-X禁带宽度波长与颜色X=0.2GaAs0.8P0.21.66eVλ=747nm红色X=0.35GaAs0.65P0.351.848eVλ=671nm橙色（续）由此可见，调节X的值就能改变材料的能级结构，即改变LED的发光颜色。此即所谓的能带工程。200

6、4.12.15LED制程工艺（红黄光系列）步骤内容前段前段主要是外延片衬底以及外延层的生长中段中段主要包括：研磨、蒸镀、光刻、切割等过程后段后段则是根据不同的需要把做好的LED封装成各种各样的形式LED制程主要可分为三个阶段：前段、中段、后段（也称：上游、中游、下游。专业术语则为：材料生长，芯片制备和器件封装。）如下表所示：2004.12.15（续）N-GaP-SiAlGaAsGaInP-AlP-GaP-MgAuAuBeAuTiAuAuAuGeNiNi右图为一颗四元系LED芯片的结构，其中：P-GaP-Mg、GaInP-Al、N-GaP-Si、G

7、aAs是前段工序完成后的产品；而上面五层和下面四层则是中段工序要做的工作。目前超高亮度发光二极管红黄光系列用AlGaInP四元系材料是性能最好的，其前段工序的主要核心技术：MOVPE（有機金屬氣相磊晶法）。2004.12.15（续）上游成品（外延片）研磨（减薄、抛光）正面涂胶保护（P面）化学抛光腐蚀蒸镀（P面）蒸镀（N面）黄光室涂胶去腊清洗、库房去胶清洗清洗清洗涂胶前先涂光阻附着液LED工艺光罩作业腐蚀金、铍合金蒸镀钛、铝（P面）套刻腐蚀铝、钛切割工序半切显影、定影去胶清洗涂胶去胶清洗客户要求较高的中游成品点测一刀切客户要求不高送各封装厂显影、定

8、影全切2004.12.15切割融化此过程是将置放于石英坩锅内的块状原材料加热至其融化温度之上，此阶段中最重要的参数为坩锅的位置与热量的供