LED基本知識培訓(xùn)課件

LED基本知識培訓(xùn)田洪濤德豪潤達中國珠海2010-6-3LED基本知識培訓(xùn)田洪濤1大綱1、引言2、封裝與應(yīng)用3、外延片生長4、芯片制作大綱1、引言2PN

晶體二極管是一種由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體形成的p-n結(jié)器件，最顯著的特征是單向?qū)щ娦裕ㄕ魈匦裕?、單質(zhì)半導(dǎo)體Si、Se等，2、化合物InP、GaN、GaAs、SiC、ZnS、ZnO等1、引言半導(dǎo)體材料分類：PN晶體二極管是一種由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體形3LED（lightemittingdiode）發(fā)光二極管

除了具有一般二極管的特性外，正向?qū)〞r能發(fā)出各種波長（顏色）的光。

P

N多量子阱（MQW）1、LED使用的都是化合物半導(dǎo)體材料2、PN結(jié)之間插入多量子阱結(jié)構(gòu)提高發(fā)光效率3、LED發(fā)光波長主要由多量子阱組分決定LED（lightemittingdiode）發(fā)光二極管4LED問世于20世紀(jì)60年代，起源于美國，在日本發(fā)揚光大。70年代初，美國杜邦化工廠首先研發(fā)出鎵砷磷LED，發(fā)桔紅色，可作儀器儀表指示燈用。隨著技術(shù)進步，LED發(fā)光顏色覆蓋從黃綠色到紅外的光譜范圍。80年代后，用液相外延技術(shù)，制作高亮度紅色LED和紅外二極管。LED問世于20世紀(jì)60年代，起源于美國，在日本發(fā)揚光大。5MOCVD技術(shù)用于外延材料生長后，紅光到深紫外LED亮度大幅度提高AlGaAs使用于高亮度紅光和紅外LED。AlGaInP適用于高亮度紅、橙、黃及黃綠LED。GaInN適用于高亮度深綠、藍、紫和紫外LED。90年代半導(dǎo)體材料GaN使藍、綠色LED光效達到10lm/w，實現(xiàn)全色化MOCVD技術(shù)用于外延材料生長后，紅光到深紫外LED亮度大幅62、封裝與應(yīng)用LED應(yīng)用顯示照明:發(fā)光后能被人看到,傳遞信息:發(fā)光后照亮別的物體，使別的物體能被人看到。應(yīng)用:顯示屏、信號指示、景觀裝飾應(yīng)用:各種光源、液晶背光源

LED具有亮度高、功耗小、壽命長、工作電壓低、易小型化等優(yōu)點2、封裝與應(yīng)用LED應(yīng)用顯示照明:發(fā)光后能被人看到,傳遞信息7LED封裝直插式貼片式(Lamp)(SMD)【注】SMD:SurfaceMountedDevices,表面貼裝器件LED封裝直插式貼片式(Lamp)(SMD)【注】SMD:S8LED顯示屏LED顯示屏9LED信號指示LED信號指示10LED照明（SSL）【注】SSL:SemiconductorSolidLighting,半導(dǎo)體固態(tài)照明半導(dǎo)體照明走入家庭的瓶頸在于：價格、可靠性、性價比LED照明（SSL）【注】SSL:Semiconductor11LED基本知識培訓(xùn)12國際主流芯片大廠Cree（科瑞）、Nichia（日亞）、Osram（歐司朗）、ToyotaGosei（豐田合成）、Philips（飛利浦）、SeoulSemiconductor（首爾半導(dǎo)體）國內(nèi)主要芯片廠家廈門三安、杭州士蘭、武漢華燦、上海藍光、上海藍寶國際主流芯片大廠Cree（科瑞）、Nichia（日亞）、Os133、外延片生長外延的概念：向外延伸（Epi）同質(zhì)外延：在同一種材質(zhì)襯底（GaN）上外延生長異質(zhì)外延：在不同材質(zhì)襯底（硅Si、藍寶石Al2O3、碳化硅SiC）上外延生長，（PSS）3、外延片生長外延的概念：向外延伸（Epi）同質(zhì)外延：在同一14藍光外延片生長設(shè)備MOCVD

（MetalOrganicChemicalVaporDeposition）TS藍光外延片生長設(shè)備MOCVDTS15VeecoVeeco16MOCVD外延生長示意圖GaN緩沖層藍寶石襯底原材料：NH3、Ga源載氣：H2、N2n-GaN原材料：NH3、Ga源SiH4載氣：H2、N2InGaN多量子阱原材料：NH3、Ga源、In源Al源、SiH4載氣：H2、N2P-GaN原材料：NH3、Ga源、Mg源載氣：H2、N2MOCVD外延生長示意圖GaN緩沖層藍寶石襯底原材料：NH317藍光外延片剖面結(jié)構(gòu)示意圖源物料:藍寶石襯底、NH3、Ga源、In源、Al源、Mg源、SiH4、H2、N2?生長量子阱時已經(jīng)決定LED發(fā)光顏色?LED亮度很大程度處決于外延生長過程藍光外延片剖面結(jié)構(gòu)示意圖源物料:藍寶石襯底、NH3、Ga源、184、芯片制作芯片制作電極制作襯底減薄芯片分割檢測、分揀參見附屬資料4、芯片制作芯片制作電極制作襯底減薄芯片分割檢測、分揀參見附19電極制作與普通二極管不同的之處：1、要考慮出光效果2、P型GaN摻雜問題導(dǎo)致P型接觸困難電極制作與普通二極管不同的之處：1、要考慮出光效果2、P型G20芯片制作主要工藝示意圖GaN緩沖層藍寶石襯底n-GaNInGaN多量子阱P-GaN涂膠；光刻膠；勻膠機；烘箱光刻版曝光曝光顯影芯片制作主要工藝示意圖GaN緩沖層藍寶石襯底n-GaNInG21芯片制作主要工藝示意圖刻蝕GaN緩沖層藍寶石襯底n-GaNInGaN多量子阱P-GaN芯片制作主要工藝示意圖刻蝕GaN緩沖層藍寶石襯底22芯片制作主要工藝示意圖GaN緩沖層藍寶石襯底n-GaNInGaN多量子阱P-GaN蒸鍍ITO薄膜光刻腐蝕ITO芯片制作主要工藝示意圖GaN緩沖層藍寶石襯底23GaN緩沖層藍寶石襯底n-GaNInGaN多量子阱P-GaN去膠退火GaN緩沖層藍寶石襯底n-GaN24GaN緩沖層藍寶石襯底n-GaNInGaN多量子阱P-GaN光刻、顯影涂膠蒸鍍金屬薄膜剝離GaN緩沖層藍寶石襯底n-GaN25GaN緩沖層藍寶石襯底n-GaNInGaN多量子阱P-GaN生長SiO2鈍化層光刻刻蝕SiO2，開電極窗口去膠

26LED基本知識培訓(xùn)27GaN緩沖層藍寶石襯底n-GaNInGaN多量子阱P-GaN減薄、研磨

28GaN緩沖層藍寶石襯底n-GaNInGaN多量子阱P-GaN蒸鍍DBR【注】DBR:DistributedBraggReflector,分布布拉格反射SiO2Ti2O5裂片激光劃片

29LED基本知識培訓(xùn)30芯片尺寸外型尺寸，單位mil（英制）1mil=1/1000in=25.4μm芯片是由外延片切出來的例如：直徑為2in的大園片切成尺寸為10mil的芯片，共能切成多少個？

1in=1000milS=πr2=3.14×106mil2N=S/100=3.14×10000（顆）芯片尺寸外型尺寸，單位mil（英制）1mil=1/100031正裝芯片和倒裝芯片正裝普通尺寸小小芯片，工作電流20mA提高光透過收集率,克服藍寶石低的熱導(dǎo)率,利用熱沉加速熱的散發(fā),可工作在較大電流如350-1000mA正裝芯片和倒裝芯片正裝普通尺寸小小芯片，工作電流20mA提高32垂直結(jié)構(gòu)芯片Cree垂直結(jié)構(gòu)芯片Cree33P電極外延層N電極陶瓷基板金屬層N電極外延層金屬基板P電極外延層N電極陶瓷基板金屬層N電極外延層金屬基板34LED基本知識培訓(xùn)35外延芯片技術(shù)與管理技術(shù)要求較高；管理要求相對較低管理要求較高；技術(shù)要求相對較低重點：技術(shù)進步重點：條件控制SPC控制、6σ管理；預(yù)防永遠比補救重要！力爭一次把事情做好！外延芯片技術(shù)與管理技術(shù)要求較高；管理要求相對較低管理要求較高36好的產(chǎn)品是做出來的，不是檢驗出來的。質(zhì)量管理的基本理念質(zhì)量管理主要目的是及時向生產(chǎn)線反饋信息，預(yù)防異常發(fā)生。不僅要有好的工藝方案，而且要堅決執(zhí)行。質(zhì)量提升無止境！好的產(chǎn)品是做出來的，不是檢驗出來的。質(zhì)量管理的基37抗靜電能力（ESD）

ESD（Electro-StaticDischarge）即"靜電放電"，通常用來評價電子器件對靜電的承受能力。LED行業(yè)通常的做法是在芯片（或者封裝好的LED）上反向加載一個脈沖電壓（模擬靜電沖擊），然后測試芯片（或者封裝好的LED）的漏電，以此來評估芯片的抗靜電能力。LEDESD水平的高低處決于外延晶體質(zhì)量、芯片制作過程?？轨o電能力（ESD）ESD（Electro-Sta38謝謝！謝謝！39演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！40LED基本知識培訓(xùn)田洪濤德豪潤達中國珠海2010-6-3LED基本知識培訓(xùn)田洪濤41大綱1、引言2、封裝與應(yīng)用3、外延片生長4、芯片制作大綱1、引言42PN

晶體二極管是一種由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體形成的p-n結(jié)器件，最顯著的特征是單向?qū)щ娦裕ㄕ魈匦裕?、單質(zhì)半導(dǎo)體Si、Se等，2、化合物InP、GaN、GaAs、SiC、ZnS、ZnO等1、引言半導(dǎo)體材料分類：PN晶體二極管是一種由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體形43LED（lightemittingdiode）發(fā)光二極管

除了具有一般二極管的特性外，正向?qū)〞r能發(fā)出各種波長（顏色）的光。

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N多量子阱（MQW）1、LED使用的都是化合物半導(dǎo)體材料2、PN結(jié)之間插入多量子阱結(jié)構(gòu)提高發(fā)光效率3、LED發(fā)光波長主要由多量子阱組分決定LED（lightemittingdiode）發(fā)光二極管44LED問世于20世紀(jì)60年代，起源于美國，在日本發(fā)揚光大。70年代初，美國杜邦化工廠首先研發(fā)出鎵砷磷LED，發(fā)桔紅色，可作儀器儀表指示燈用。隨著技術(shù)進步，LED發(fā)光顏色覆蓋從黃綠色到紅外的光譜范圍。80年代后，用液相外延技術(shù)，制作高亮度紅色LED和紅外二極管。LED問世于20世紀(jì)60年代，起源于美國，在日本發(fā)揚光大。45MOCVD技術(shù)用于外延材料生長后，紅光到深紫外LED亮度大幅度提高AlGaAs使用于高亮度紅光和紅外LED。AlGaInP適用于高亮度紅、橙、黃及黃綠LED。GaInN適用于高亮度深綠、藍、紫和紫外LED。90年代半導(dǎo)體材料GaN使藍、綠色LED光效達到10lm/w，實現(xiàn)全色化MOCVD技術(shù)用于外延材料生長后，紅光到深紫外LED亮度大幅462、封裝與應(yīng)用LED應(yīng)用顯示照明:發(fā)光后能被人看到,傳遞信息:發(fā)光后照亮別的物體，使別的物體能被人看到。應(yīng)用:顯示屏、信號指示、景觀裝飾應(yīng)用:各種光源、液晶背光源

LED具有亮度高、功耗小、壽命長、工作電壓低、易小型化等優(yōu)點2、封裝與應(yīng)用LED應(yīng)用顯示照明:發(fā)光后能被人看到,傳遞信息47LED封裝直插式貼片式(Lamp)(SMD)【注】SMD:SurfaceMountedDevices,表面貼裝器件LED封裝直插式貼片式(Lamp)(SMD)【注】SMD:S48LED顯示屏LED顯示屏49LED信號指示LED信號指示50LED照明（SSL）【注】SSL:SemiconductorSolidLighting,半導(dǎo)體固態(tài)照明半導(dǎo)體照明走入家庭的瓶頸在于：價格、可靠性、性價比LED照明（SSL）【注】SSL:Semiconductor51LED基本知識培訓(xùn)52國際主流芯片大廠Cree（科瑞）、Nichia（日亞）、Osram（歐司朗）、ToyotaGosei（豐田合成）、Philips（飛利浦）、SeoulSemiconductor（首爾半導(dǎo)體）國內(nèi)主要芯片廠家廈門三安、杭州士蘭、武漢華燦、上海藍光、上海藍寶國際主流芯片大廠Cree（科瑞）、Nichia（日亞）、Os533、外延片生長外延的概念：向外延伸（Epi）同質(zhì)外延：在同一種材質(zhì)襯底（GaN）上外延生長異質(zhì)外延：在不同材質(zhì)襯底（硅Si、藍寶石Al2O3、碳化硅SiC）上外延生長，（PSS）3、外延片生長外延的概念：向外延伸（Epi）同質(zhì)外延：在同一54藍光外延片生長設(shè)備MOCVD

（MetalOrganicChemicalVaporDeposition）TS藍光外延片生長設(shè)備MOCVDTS55VeecoVeeco56MOCVD外延生長示意圖GaN緩沖層藍寶石襯底原材料：NH3、Ga源載氣：H2、N2n-GaN原材料：NH3、Ga源SiH4載氣：H2、N2InGaN多量子阱原材料：NH3、Ga源、In源Al源、SiH4載氣：H2、N2P-GaN原材料：NH3、Ga源、Mg源載氣：H2、N2MOCVD外延生長示意圖GaN緩沖層藍寶石襯底原材料：NH357藍光外延片剖面結(jié)構(gòu)示意圖源物料:藍寶石襯底、NH3、Ga源、In源、Al源、Mg源、SiH4、H2、N2?生長量子阱時已經(jīng)決定LED發(fā)光顏色?LED亮度很大程度處決于外延生長過程藍光外延片剖面結(jié)構(gòu)示意圖源物料:藍寶石襯底、NH3、Ga源、584、芯片制作芯片制作電極制作襯底減薄芯片分割檢測、分揀參見附屬資料4、芯片制作芯片制作電極制作襯底減薄芯片分割檢測、分揀參見附59電極制作與普通二極管不同的之處：1、要考慮出光效果2、P型GaN摻雜問題導(dǎo)致P型接觸困難電極制作與普通二極管不同的之處：1、要考慮出光效果2、P型G60芯片制作主要工藝示意圖GaN緩沖層藍寶石襯底n-GaNInGaN多量子阱P-GaN涂膠；光刻膠；勻膠機；烘箱光刻版曝光曝光顯影芯片制作主要工藝示意圖GaN緩沖層藍寶石襯底n-GaNInG61芯片制作主要工藝示意圖刻蝕GaN緩沖層藍寶石襯底n-GaNInGaN多量子阱P-GaN芯片制作主要工藝示意圖刻蝕GaN緩沖層藍寶石襯底62芯片制作主要工藝示意圖GaN緩沖層藍寶石襯底n-GaNInGaN多量子阱P-GaN蒸鍍ITO薄膜光刻腐蝕ITO芯片制作主要工藝示意圖GaN緩沖層藍寶石襯底63GaN緩沖層藍寶石襯底n-GaNInGaN多量子阱P-GaN去膠退火GaN緩沖層藍寶石襯底n-GaN64GaN緩沖層藍寶石襯底n-GaNInGaN多量子阱P-GaN光刻、顯影涂膠蒸鍍金屬薄膜剝離GaN緩沖層藍寶石襯底n-GaN65GaN緩沖層藍寶石襯底n-GaNInGaN多量子阱P-GaN生長SiO2鈍化層光刻刻蝕SiO2，開電極窗口去膠

66LED基本知識培訓(xùn)67GaN緩沖層藍寶石襯底n-GaNInGaN多量子阱P-GaN減薄、研磨

68GaN緩沖層藍寶石襯底n-GaNInGaN多量子阱P-GaN蒸鍍DBR【注】DBR:DistributedBraggReflector,分布布拉格反射SiO2Ti2O5裂片激光劃片

69LED基本知識培訓(xùn)70芯片尺寸外型尺寸，單位mil（英制）1mil=1/1000in=25.4μm芯片是由外延片切出來的例如：直徑為2i