《LED基础知识+教程.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《LED基础知识+教程.pdf（33页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、瑋 群瑋 群 (光 電光 電 )事 業 部事 業 部 LED基礎知教程LED基礎知教程 LED基礎知教程LED基礎知教程 目目 一、LED定義及發展 二、LED發光原分析 三、LED制程工藝介紹 四、LED制程配套工程注意事項 五、LED常用單位及專業術語 一、LED定義及發展 二、LED發光原分析 三、LED制程工藝介紹 四、LED制程配套工程注意事項 五、LED常用單位及專業術語 一、LED定義及發展一、LED定義及發展 1. LED的定義1. LED的定義：發光二極體（Light Emitting Diode, LED），是一 種半導體元件。初時多用作為指 示燈、顯示板等；隨著白光發光
2、二極體的出現，也被用作照明。 它是21世紀的新型光源，具有效 高、壽命長、破損等傳統 光源無法與之比較的優點。加正 向電壓時，發光二極體能發出單 色、續的光，這是電致發光 效應的一種。改變所採用的半導 體材的化學組成成分，可使發 光二極體發出在近紫外線、可 光或紅外線的光。 一、LED定義及發展一、LED定義及發展 2. LED發展史2. LED發展史 ? 1907，HenryJosephRound第一次在碳化硅观察到电致发光现象。 ? 20世纪20代晚期，BernhardGudden和RobertWichard在德国使用从 锌化合物与铜中提炼的黄磷产生发光。 ? 1936，GeorgeDes
3、tian发表关于化锌粉末发射光线的报告。 ? 20世纪50代，英国科学家在电致发光的实验中使用（半导体）砷化 镓发明第一枚具有现代意义的LED。 ? 20世纪60代末，人们在砷化镓基体上使用磷化物发明第一只可见 红光的LED。 ? 70代中期，黄光和绿光LED面世。 ? 20世纪80代，高LED面世。 ? 20世纪90代，光LED問世，开启照明和光电显示领域的新境 界，1997，白光LED诞生。 一、LED定義及發展一、LED定義及發展 3.LED具有之特性3.LED具有之特性 發光效高，遠景可比白熾燈節能90%，比熒光燈節能50% 壽命長，使用壽命可達10萬小時 體積小，耐沖擊，損壞 色彩丰
4、富 ，可實現各種顏色的變化 安全環保，使用電壓低，晶可回收，無熒光燈水銀污染 4.LED目前市場應用范圍4.LED目前市場應用范圍 交通信号灯、NOTEBOOK背光源、大型LED显示器、景观灯、 灯、隧道燈、手電筒、日光灯、汽车等各种车辆的指示灯、 LED字母字顯示器、遥控器等 二、LED發光原及結構二、LED發光原及結構 1.LED發光的基本原1.LED發光的基本原 用P型材質(電)及N型材質(電子)，通入順向電壓，電子由N 區向P區，電則由P區向N區，電子與電於PN接面結合 而產生光 。 二、LED發光原及結構分析二、LED發光原及結構分析 2.LED按發出光譜之分2.LED按發出光譜之分
5、 一般一般 短波長紅外光短波長紅外光 高高 長波長紅外光長波長紅外光 可光可光 可光可光 LED 波長 450780nm 光波長 8501550nm 850950nm 850950nm 二、LED發光原及結構分析二、LED發光原及結構分析 3.LED晶基本結構，從N層至P層為LED晶層。3.LED晶基本結構，從N層至P層為LED晶層。 二、LED發光原及結構分析二、LED發光原及結構分析 4.P型半導體與N型半導體概述：4.P型半導體與N型半導體概述： P型（在4價本征半導體材質中摻入3價 雜質，如硼、鎵、銦、鋁等，獲得 大空穴，形成P形半導體） N型（在4價本征半導體材質中摻入5價 雜質，如
6、氮、磷、砷等，獲得大 電子，形成N形半導體） P型（在4價本征半導體材質中摻入3價 雜質，如硼、鎵、銦、鋁等，獲得 大空穴，形成P形半導體） N型（在4價本征半導體材質中摻入5價 雜質，如氮、磷、砷等，獲得大 電子，形成N形半導體） 二、LED發光原及結構分析二、LED發光原及結構分析 5.PN結概述：當P形半導體與N形半導體接觸後，根据扩散原， 空穴要从浓高的P区向N区扩散，自由电子要从浓高的N区 向P区扩散，并在交界面发生复合(耗尽），形成载子极少的 正负空间电荷区（如图所示），也就是PN结，又叫耗尽层 5.PN結概述：當P形半導體與N形半導體接觸後，根据扩散原， 空穴要从浓高的P区向N区
7、扩散，自由电子要从浓高的N区 向P区扩散，并在交界面发生复合(耗尽），形成载子极少的 正负空间电荷区（如图所示），也就是PN结，又叫耗尽层 二、LED發光原及結構分析二、LED發光原及結構分析 二、LED發光原及結構分析二、LED發光原及結構分析 PN结的特性：PN结的特性：由于内电场阻挡多数载子的运动，阻挡层中没有载 子，因此PN结是导电的。但是，如果我们在PN结上接一个外加电压来 改变内电场，也就是改变阻挡层，PN结的导电性能就会发生变化。 当外加電场与内電场方向一致：导电， 当外加電场与内電场方向相反：導通。 二、LED發光原及結構分析二、LED發光原及結構分析 6.決定LED發光顏色的
8、重要因素：能隙Eg(ev電子伏特) 能隙的定義 6.決定LED發光顏色的重要因素：能隙Eg(ev電子伏特) 能隙的定義：半導體化合物中的電子吸收足夠的能才能跳出形 成電子或電，所需吸收的最小能叫做能隙(band gap)Eg，能 隙的大小與共價鍵強有關，共價鍵強越強，能隙越大。 7.LED發光波長 1240/Eg (mm) 8.目前LED結構常加入活性層（發光層），控制發光波長，提高發光 效。 7.LED發光波長 1240/Eg (mm) 8.目前LED結構常加入活性層（發光層），控制發光波長，提高發光 效。 二、LED發光原及結構分析二、LED發光原及結構分析 ? LED可光光譜：LED可光
9、光譜： 二、LED發光原及結構分析二、LED發光原及結構分析 9.目前常可光發光二極體及結構9.目前常可光發光二極體及結構 a.GaP/GaAsP系發光二極體 b.AlGaAs系發光二極體 c.AlInGaP系發光二極體 d.GaN系發光二極體 二、LED發光原及結構分析二、LED發光原及結構分析 a.GaP/GaAsP系發光二極體a.GaP/GaAsP系發光二極體 此系之發光二極體有三種，GaP 680nm紅光發光二極體，GaP570nm 黃光發光二極體，與GaAsP系發光二極體 （一）（二）（三）（一）（二）（三） 二、LED發光原及結構分析二、LED發光原及結構分析 b.AlGaAs系發
10、光二極體b.AlGaAs系發光二極體 單質結構紅光LED雙質結構紅光LED單質結構紅光LED雙質結構紅光LED 二、LED發光原及結構分析二、LED發光原及結構分析 雙雙質結構發光LED基板分過程雙雙質結構發光LED基板分過程 二、LED發光原及結構分析二、LED發光原及結構分析 c.AlInGaP系發光二極體c.AlInGaP系發光二極體 AlInGaP發光二極體斷面圖AlInGaP發光二極體斷面圖 二、LED發光原及結構分析二、LED發光原及結構分析 d.GaN系發光二極體d.GaN系發光二極體 GaN發光二極體斷面圖GaN發光二極體斷面圖 二、LED發光原及結構分析二、LED發光原及結構
11、分析 10.目前白光二極體的結構形式 ? GaN色發光二極體黃色熒光粉 ? 光子回收式（光與黃光混後發出白光） 10.目前白光二極體的結構形式 ? GaN色發光二極體黃色熒光粉 ? 光子回收式（光與黃光混後發出白光） （一）（二）（一）（二） 二、LED發光原及結構分析二、LED發光原及結構分析 11.發光二極體特征匯總：11.發光二極體特征匯總： 二、LED發光原及結構分析二、LED發光原及結構分析 三、LED制程工藝介紹三、LED制程工藝介紹 LED制造工藝程圖：LED制造工藝程圖： 晶棒/晶片晶棒/晶片晶制程晶制程晶片清洗晶片清洗蒸鍍蒸鍍 黃光黃光化學/蝕刻化學/蝕刻熔合熔合研磨研磨 割
12、割測試測試下游封裝下游封裝 三、LED制程工藝介紹三、LED制程工藝介紹 1.晶棒/晶片：1.晶棒/晶片：晶棒成長共有柴可斯 基長晶法、Bridgman Method、 Vertical Gradient Freeze(VGF) Method 三種。晶棒直徑一般為 2,3,4，後用片機將其 成要求之晶片。 2.晶制程：2.晶制程：晶有液相晶法，氣相晶法，有機屬化學氣相 沉積（MOCVD）法 有機屬化學氣相 沉積（MOCVD）法，分子束晶法等。 三、LED制程工藝介紹三、LED制程工藝介紹 有機屬化學氣相沉積（MOCVD）法介紹：有機屬化學氣相沉積（MOCVD）法介紹：用氫氣將相應有機屬帶 入M
13、OCVD反應室與其它特氣反應，生成的固態物沉積在基板上。 三、LED制程工藝介紹三、LED制程工藝介紹 MOCVD設備：MOCVD設備： 設備外觀反應 三、LED制程工藝介紹三、LED制程工藝介紹 3.晶片清洗：3.晶片清洗：除去晶片上晶完成後所殘的物質，如除去， 蒸鍍上的屬起層脫。使用設備：自動清洗機 4.蒸鍍：4.蒸鍍：在晶片表面鍍上一層或多層 屬（Au、Ni、Al等），一般將晶 片置於高溫真空下，將熔化的屬 蒸著在晶片上（如圖）。 作用：作用：1）於在晶片上焊接電極 2）加大晶片的電導電面積 三、LED制程工藝介紹三、LED制程工藝介紹 5.黃光：5.黃光：在晶片上塗佈光阻溶液，經曝光後
14、在晶片上形成一定圖 案的工藝。 三、LED制程工藝介紹三、LED制程工藝介紹 6.化學（或蝕刻）：6.化學（或蝕刻）：去除黃光制程中 未保護的部分，形成所需圖案。 7.熔合：7.熔合：使蒸鍍過程中蒸鍍的多層屬分子間 緊密結合，減少接觸電阻。 三、LED制程工藝介紹三、LED制程工藝介紹 8.研磨：8.研磨：減小基板厚，低晶電阻，同時以割。有 研磨法與削法種。 9.割：9.割：將晶片割為要求之晶。常用刀式，鑽石式與 激光式三種方法。 10.測試：10.測試：挑選出各種波長之晶，剔除合格之產品。另有 目檢程，以保證銷售晶之品質。 四、LED制程配套工程注意事項四、LED制程配套工程注意事項 1.晶
15、區 a.MOCVD機台 1.晶區 a.MOCVD機台 ? 排氣較大以有機廢氣為主，風管室內鍍鋅旋管、室外 SUS304材質，防銹，排氣風速約8米以上 ? 卻水溫18200.5，壓約5KG，管徑約為1 ? 特氣管較多 b.Local SCR 處MOCVD產生之有毒氣體b.Local SCR 處MOCVD產生之有毒氣體 ? 卻水，管徑約為6分 ? 排氣酸鹼PP管（SCH80）3寸 ? 排水管、純水管 四、LED制程配套工程注意事項四、LED制程配套工程注意事項 c.特氣櫃c.特氣櫃 ? 酸鹼排氣，PP管 ? 有機排氣SUS或鍍鋅，燃爆 ? 特氣管電子級，配至室內相應位置（似電盤形式） ? 室外N2儲氣罐 d.隔間d.隔間 ? 控制室盡可能開多窗戶，使人坐著可以看到MOCVD與LOCAL SCR，窗戶宜過高 ? 氫氣純化室隔間需至房頂，並設排氣，以防氫氣洩 ? 業主機台可能多期進駐，隔間需活動牆