LED芯片知识大了解.doc

LED芯片知识大了解目 录一 LED芯片基本知识21、LED芯片的概念22、LED芯片的组成元素23、LED芯片的分类2二 LED衬底材料41、LED衬底材料的概念及作用42、LED衬底材料的种类4三 LED外延片61、LED外延片生长的概念62、LED外延片衬底材料的种类63、LED外延片的检测6一、LED芯片基本知识 1、LED芯片的概念 LED芯片是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的芯片，芯片的一 端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个芯片被环氧树脂封装起来。半导体芯片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个芯片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。LED芯片为LED的主要原材料，LED主要依靠芯片来发光。LED芯片是在外延片上的基础上经过下面一系列流 程，最终完成如右图的成品-芯片。外延片清洗镀透明电极层透 (Indium Tin Oxide，ITO)透明电极图形光刻腐蚀去胶平台图形光刻干法刻蚀去胶退火SiO2沉积窗口图形光刻SiO2腐蚀去胶N极图形光刻预清洗镀膜剥离退火P极图形光刻镀膜剥离研磨切割芯片成品测试。 图1 外延片成品示意图 2、LED芯片的组成元素 LED芯片的元素主要为III-V族元素，主要有砷(AS)、铝(AL)、镓(Ga、)铟(IN)、磷(P)、 氮(N)、锶(Si)这几种元素中的若干种组成。 3、LED芯片的分类 1）按发光亮度分A、 一般亮度：R(红色GaAsP 655nm)、H ( 高红GaP 697nm )、G ( 绿色GaP 565nm )、 Y ( 黄色GaAsP/GaP 585nm )、E(桔色GaAsP/ GaP 635nm )等B、高亮度：VG(较亮绿色GaP 565nm)、VY(较亮黄色 GaAsP/ GaP 585nm)、 SR(较亮红色GaA/AS 660nm)；C、超高亮度：UGUYURUYSURFUE等D、不可见光(红外线)：RSIRVIRHIRE、红外线接收管：PTF、光电管：PD2）按组成元素分A、二元晶片(磷镓)：HG等B、三元晶片（磷镓砷）：SR(较亮红色GaA/AS 660nm)、 HR (超亮红色GaAlAs 660nm) UR(最亮红色GaAlAs 660nm)等C、四元晶片(磷铝镓铟)：SRF( 较亮红色 AlGalnP )、HRF(超亮红色 AlGalnP)、 URF(最亮红色AlGalnP 630nm)、VY(较亮黄色GaAsP/GaP 585nm)、 HY(超亮黄色 AlGalnP 595nm)、UY(最亮黄色 AlGalnP 595nm)、 UYS(最亮黄色 AlGalnP 587nm)、UE(最亮桔色 AlGalnP 620nm)、 HE(超亮桔色 AlGalnP 620nm)、UG (最亮绿色 AIGalnP 574nm) 等3）按照制作工艺分LED芯片分为MB芯片，GB芯片，TS芯片，AS芯片等4种LED芯片定义特点MB芯片Metal Bonding (金属粘着)芯片；该芯片属于UEC的专利产品 采用高散热系数的材料-Si作为衬底,散热容易 通过金属层来接合(wafer bonding)磊芯层和衬底,同时反 射光子,避免衬底的吸收 导电的Si衬底取代GaAs 衬底,具备良好的热传导能力(导 热系数相差3-4倍),更适应于高驱动电流领域 底部金属反射层,有利于光度的提升及散热 尺寸可加大,应用于High power 领域GB芯片Glue Bonding(粘着结合)芯片；该芯片属于UEC的专利产品 透明的蓝宝石衬底取代吸光的GaAs衬底,其出光功率是传统AS (Absorbable structure)芯片的2倍以上,蓝宝石衬底类似TS芯片的GaP衬底 芯片四面发光,具有出色的Pattern图 亮度方面,其整体亮度已超过TS芯片的水平(8.6mil) 双电极结构,其耐高电流方面要稍差于TS单电极芯片TS芯片transparent structure(透明衬底)芯片，该芯片属于HP的专利产品 芯片工艺制作复杂,远高于AS LED 信赖性卓越 透明的GaP衬底，不吸收光，亮度高 应用广泛AS芯片Absorbable structure(吸收衬底)芯片,这里特指UEC的AS芯片 四元芯片,采用MOVPE工艺制备,亮度相对于常规芯片要亮 信赖性优良 应用广泛2、 LED衬底材料 1、LED衬底的概念及作用 衬底又称基板，也有称之为支撑衬底。衬底只要是外延层生长的基板，在生产和制作过程中，起到支撑和固定的作用。它与外延层的特性配合要求比较严格，否则会影响到外延层的生长或是芯片的品质。 2、LED衬底材料的种类 对于制作LED芯片来说，衬底材料的选用是首要考虑的问题。应该采用哪种合适的衬底，需要根据设备和LED器件的要求进行选择。 蓝宝石（Al2O3） GaN基系列三种衬底材料 硅（Si） 碳化硅（SiC） 1)蓝宝石衬底 通常，GaN基材料和器件的外延层主要生长在蓝宝石衬底上。蓝宝石的硬度非常高，在自然材料中其硬度仅次于金刚石，但是在LED器件的制作过程中却需要对它进行减薄和切割（从400nm减到100nm左右）。 优点：蓝宝石衬底的生产技术成熟、器件质量较好 蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中 蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗 缺点：晶格失配和热应力失配，会在外延层中产生大量缺陷； 蓝宝石是一种绝缘体，在上表面制作两个电极，造成了有效发光面积减少； 增加了光刻、蚀刻工艺过程，制作成本高。 2)硅衬底硅衬底的芯片电极可采用两种接触方式，分别是L接触（Lateral-contact , 水平接触）和V接触（Vertical-contact，垂直接触）以下简称为L型电极和V型电极。通过这两种接触方式，LED芯片内部的电流可以是横向流动的，也可以是纵向流动的。由于电流可以纵向流动，因此增大了LED的发光面积，从而提高了LED的出光效率。因为硅是热的良导体，所以器件的导热性 能可以明显改善，从而延长了器件的寿命。 3)碳化硅衬底 碳化硅衬底（CREE公司专门采用SiC材料作为衬底）的LED芯片，电极是L型电极，电流是纵向流动的。采用这种衬底制作的器件的导电和导热性能都非常好，有利于做成面积较大的大功率器件SiC是IV-IV族二元化合物，也是元素周期表IV族元素中唯一的稳定固态化合物，一种重要的半导体材料。它具有优良的热学、力学、化学和电学性质，不但是制作高温、高频、大功率电子器件的最佳材料之一，同时又可以用作基于GaN的蓝色发光二极管的衬底材料。优点：碳化硅的导热系数为490W/mK 要比蓝宝石衬底高出10倍以上缺点：碳化硅制造成本较高 实现其商业化还需要降低相应的成本 4)三种衬底的性能比较衬底材料导热系数(W/(mk)膨胀系数(*10E-6)稳定性导热性成本抗静电能力蓝宝石（Al2O3）461.9一般差中一般硅（Si）1505-20良好低好碳化硅（SiC）490-1.4良好高好3、 LED外延片 1、LED外延片生长的概念 外延片是在一块加热至适当温度的衬底基片(主要有蓝宝石和、SiC、Si)上，气态物质InGaAlP有控制的输送到衬底表面，生长出特定单晶薄膜。 2、LED外延片衬底材料种类当前用于GaN基LED的衬底材料比较多，但是能用于商品化的衬底目前只有两种，即蓝宝石和碳化硅衬底。用于氮化镓研究的衬底材料比较多，但