白光LED半导体制程简介ppt课件.ppt

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1、白光LED半导体制程白色发光二极管(LED)发光原理GaN-LED芯片的基本结构白光LED制造过程氮化镓(GaN)半导体材料氮化镓(GaN)单晶制备技术氮化镓(GaN)外延衬底材料蓝宝石晶棒制造工艺流程蓝宝石抛光晶片制造工艺流程蓝宝石切割面与基板应用种类金属有机物化学气相沉积(MOCVD)蓝宝石GaN外延片制作过程氮化镓(GaN)MOCVD反应炉氮化镓(GaN)LED晶片制造氮化镓(GaN)白光LED封装内容白光发光二极管是由日本日亚化学公司第一个将其商品化，系二波长白光(蓝色光+黄色光)，主要技术原理是以氮化镓(GaN)系蓝光二极管芯片加上

2、YAG黄色荧光粉，利用蓝光激发黄色荧光粉产生黄色光，同时配合自身产生的蓝光，即形成蓝黄混合二波长白光。二波长白光LED的光谱如图所示。另一种是正在研制的三波长（蓝色光+绿色光+红色光）白光发光二极管，三波长白光的技术原理，是用紫外光的氮化镓系发光二极管芯片激发塗在其表面的混合荧光粉（内含红绿蓝三色），使之产生三波长白光。此种白光光色均匀，演色性好，不会像二波长白光有偏色现象（偏黄或偏蓝）。随着白光LED光效提升与技术进步，白光LED应用开始跨入照明领域，目前照明LED的光效已达150lm/W以上(日光灯光效是70lm/W)，正在向200lm/

3、W迈进。白光LED与一般照明比较，除了省电外（用电量是一般灯泡的八分之一，日光灯的二分之一），还有寿命长（可达5万小时以上），安全环保（无污染）。因此，白光LED被誉为「绿色照明光源」。一.白色发光二极管(LED)发光原理二.GaN-LED芯片的基本结构蓝宝石Al2O3（orSiC）衬底n型GaN层InGaN多量子阱层p型GaN层透明导电层SapphiresubstrateGaNbufferlayerGaN缓冲层n-GaNlayerInGaNMQWactivelayerp-GaNlayerTransparentcontactlayerp-el

4、ectrodep型电极n-Padn型电极三.白光LED制造过程制造衬底材料加工制成晶片GaN外延生长制成外延晶片LED晶片制造制成LED晶粒LED晶粒封装制成LED成品白光LED的制作过程与制作硅晶圆IC很相似，首先经过单晶生长技术，制成蓝宝石或碳化硅单晶棒，经过切割、研磨、抛光制成抛光晶片；再将其作为衬底(substrate)，使用外延技术将氮化镓(GaN)半导体生长在衬底表面，制成外延晶片；外延片经过半导体蚀刻工艺制成n型和p型电极，通过切割加工成LED晶粒；最后经过固晶、邦线、封胶等工序制成白光LED成品。氮化镓(GaN)属于宽禁带半导

5、体材料，由于受到缺乏合适的单晶衬底材料、位错密度大等问题的困扰，发展一直较为缓慢。1991年，日本日亚化工公司(Nichia)研制成功以蓝宝石为衬底的GaN蓝光发光二级管(LED)之后，实现GaN基蓝光LED的商品化。该公司利用GaN基蓝光LED和磷光技术，开发出白光LED产品，此外，还首先研制成功GaN基蓝光半导体激光器。日亚公司在发光器件领域取得的重大突破，使GaN半导体材料应用获得成功。氮化镓(GaN)半导体材料特点:氮化镓(GaN)作为一种化合物半导体材料，具有许多单晶硅(Si)半导体材料所不具备的优异性能，包括能够满足大功率、高温、

6、高频和高速半导体器件的工作要求。其中GaN半导体材料最重要的物理特点是具有更宽的禁带(3.4eV)，可以发射波长比红光更短的蓝光。以高亮蓝光发光二极管(LED)和蓝光激光器(LD)的研制成功为标志，GaN被誉为是继第一代锗(Ge)、硅(Si)半导体材料、第二代砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。GaN基LED最诱人的发展前景是用作普通白光照明；蓝光激光器(LD)代表性应用是蓝光DVD；GaN制作微波功率器件优于现有的一切半导体材料。四.氮化镓(GaN)半导体材料高亮度LED、蓝光激光器LD和功率晶体管是

7、当前器件制造商和投资商最为感兴趣和关注的三个GaN器件市场!氮化镓(GaN)半导体材料性能优越，而自然界没有天然的此类材料，需要人工合成。氮化镓(GaN)单晶制备非常困难，主要是由于熔点很高，裂解压强极大。氮化镓(GaN)单晶制备有三种方法：外延法、升华法、高压溶液生长法。随着GaN单晶生长研究的日趋成熟，外延法成为GaN单晶生长的主要技术。五.氮化镓(GaN)单晶制备技术外延法原用于制造单晶硅(Si)外延片。单晶硅外延片是以单晶硅抛光晶片为衬底（基片），在抛光片表面长成硅单晶薄膜（也称为磊晶）。晶片表面上的外延单晶硅膜具有衬底单晶硅所不具备

8、的一些电学特性，并消除了许多在晶体生长和加工中所引入的表面/近表面缺陷，因此，Si外延片性能高于Si抛光片且价格较高，一般用于生产逻辑电路，而Si抛光片具有成本优势