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1、2004.12.15,LED PROCESS,2004.12.15,OUTLINE,2004.12.15,LED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100mcd）。 按制作材料可分为：GaAs、GaAsP、AlGaInP、 GaP、GaAsAlP、GaN等。,2004.12.15,LED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
2、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380780nm，为人眼所见。）,2004.12.15,LED工作原理、特性,（一）LED发光原理 发光二极管是由-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
3、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，光的峰值波长与发光区域的半导体材料禁带宽度g有关，即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/,可得=hc/Eg,当的单位用um, Eg单位用电子伏特（eV）时，上式为=1.24umev/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,
4、（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。,2004.12.15,（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。,2004.12.15,LED制程工艺（红黄光系列）,LED制程主要可分为
5、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-Si,2004.12.15,（续）,2004.12.15,LED Wafer 的成长,2004.12.15,切割： 晶棒长成以后就可以把它切割成一片一片的，也就是Wafer。 磊晶： 砷化镓磊晶依制程的不同，可分为LPE(液相磊晶)、MOCVD(有机金属气相磊晶)及MBE(分子束磊晶)。LPE的技术较低，主要用于一般的发光二极管，而MBE的技术层次较高，容易成长极薄的磊晶，且纯度高，平整性好，但量产能力低，磊晶成长速度慢。MOCVD除了纯度
6、高，平整性好外，量产能力及磊晶成长速度亦较MBE为快，所以现在大都以MOCVD来生产。 其过程首先是将GaAs衬底放入昂贵的有机化学汽相沉积炉（简MOCVD，又称外延炉），再通入III、II族金属元素的烷基化合物（甲基或乙基化物）蒸气与非金属(V或VI族元素）的氢化物（或烷基物）气体，在高温下，发生热解反应，生成III-V或II-VI族化合物沉积在衬底上，生长出一层厚度仅几微米（1毫米1000微米）的化合物半导体外延层。长有外延层的GaAs片也就是常称的外延片。外延片经芯片加工后，通电就能发出颜色很纯的单色光，如红色、黄色等。不同的材料、不同的生长条件以及不同的外延层结构都可以改变发光的颜色和
7、亮度。其实，在几微米厚的外延层中，真正发光的也仅是其中的几百纳米（1微米1000纳米）厚的量子阱结构。反应式： Ga(CH3)3 +PH3= GaP+3CH4,2004.12.15,LED制程工艺,2004.12.15,2004.12.15,蒸镀AuGeNi（N面）,2004.12.15,2004.12.15,2004.12.15,2004.12.15,2004.12.15,光罩作业（套刻）,2004.12.15,2004.12.15,2004.12.15,经过封装后的LED,2004.12.15,高亮度发光二极管是国内刚起步的一个新兴的行业，这里只是所有LED制作工艺中的一种，不同的厂家都有自己独到的一套制作工艺，各厂家所使用的设备都可能不一样，各道工序的作业方式、化学配方等也不一样，甚至不同的厂家其各道制作工序都有可能是互相颠倒的。 但是万变不离其宗，其主要的思想都是一样的：外延片的生长（PN结的形成）-电极的制作（有金电极，铝电极，并形成欧姆接触）-封装。,2004.12.15,相关设备,2004.12.15,（续）,2004.12.15,（续）,2004.12.15,（续）,2004.12.15,（续）,