LED芯片知識大了解

1、led芯片知識大了解目 錄一 led芯片基本知識21、led芯片的概念22、led芯片的組成元素23、led芯片的分類2二 led襯底材料41、led襯底材料的概念及作用42、led襯底材料的種類4三 led外延片61、led外延片生長的概念62、led外延片襯底材料的種類63、led外延片的檢測6一、led芯片基本知識 1、led芯片的概念 led芯片是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。led的心臟是一個半導(dǎo)體的芯片，芯片的一 端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個芯片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體芯片由兩部分組成，一部分是p型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一

2、端是n型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時候，它們之間就形成一個p-n結(jié)。當電流通過導(dǎo)線作用于這個芯片的時候，電子就會被推向p區(qū)，在p區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是led發(fā)光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成p-n結(jié)的材料決定的。led芯片為led的主要原材料，led主要依靠芯片來發(fā)光。led芯片是在外延片上的基礎(chǔ)上經(jīng)過下面一系列流 程，最終完成如右圖的成品-芯片。外延片清洗鍍透明電極層透 (indium tin oxide，ito)透明電極圖形光刻腐蝕去膠平臺圖形光刻干法刻蝕去膠退火sio2沉積窗口圖形光刻sio2腐蝕去膠n極圖形光刻預(yù)清洗

3、鍍膜剝離退火p極圖形光刻鍍膜剝離研磨切割芯片成品測試。 圖1 外延片成品示意圖 2、led芯片的組成元素 led芯片的元素主要為iii-v族元素，主要有砷(as)、鋁(al)、鎵(ga、)銦(in)、磷(p)、 氮(n)、鍶(si)這幾種元素中的若干種組成。 3、led芯片的分類 1）按發(fā)光亮度分a、 一般亮度：r(紅色gaasp 655nm)、h ( 高紅gap 697nm )、g ( 綠色gap 565nm )、 y ( 黃色gaasp/gap 585nm )、e(桔色gaasp/ gap 635nm )等b、高亮度：vg(較亮綠色gap 565nm)、vy(較亮黃色 gaasp/ gap

4、 585nm)、 sr(較亮紅色gaa/as 660nm)；c、超高亮度：uguyuruysurfue等d、不可見光(紅外線)：rsirvirhire、紅外線接收管：ptf、光電管：pd2）按組成元素分a、二元晶片(磷鎵)：hg等b、三元晶片（磷鎵砷）：sr(較亮紅色gaa/as 660nm)、 hr (超亮紅色gaalas 660nm) ur(最亮紅色gaalas 660nm)等c、四元晶片(磷鋁鎵銦)：srf( 較亮紅色 algalnp )、hrf(超亮紅色 algalnp)、 urf(最亮紅色algalnp 630nm)、vy(較亮黃色gaasp/gap 585nm)、 hy(超亮黃色

5、algalnp 595nm)、uy(最亮黃色 algalnp 595nm)、 uys(最亮黃色 algalnp 587nm)、ue(最亮桔色 algalnp 620nm)、 he(超亮桔色 algalnp 620nm)、ug (最亮綠色 aigalnp 574nm) 等3）按照制作工藝分led芯片分為mb芯片，gb芯片，ts芯片，as芯片等4種led芯片定義特點mb芯片metal bonding (金屬粘著)芯片；該芯片屬于uec的專利產(chǎn)品 采用高散熱系數(shù)的材料-si作為襯底,散熱容易 通過金屬層來接合(wafer bonding)磊芯層和襯底,同時反 射光子,避免襯底的吸收 導(dǎo)電的si襯底取

6、代gaas 襯底,具備良好的熱傳導(dǎo)能力(導(dǎo) 熱系數(shù)相差3-4倍),更適應(yīng)于高驅(qū)動電流領(lǐng)域 底部金屬反射層,有利于光度的提升及散熱 尺寸可加大,應(yīng)用于high power 領(lǐng)域gb芯片glue bonding(粘著結(jié)合)芯片；該芯片屬于uec的專利產(chǎn)品 透明的藍寶石襯底取代吸光的gaas襯底,其出光功率是傳統(tǒng)as (absorbable structure)芯片的2倍以上,藍寶石襯底類似ts芯片的gap襯底 芯片四面發(fā)光,具有出色的pattern圖 亮度方面,其整體亮度已超過ts芯片的水平(8.6mil) 雙電極結(jié)構(gòu),其耐高電流方面要稍差于ts單電極芯片ts芯片transparent struc

7、ture(透明襯底)芯片，該芯片屬于hp的專利產(chǎn)品 芯片工藝制作復(fù)雜,遠高于as led 信賴性卓越 透明的gap襯底，不吸收光，亮度高 應(yīng)用廣泛as芯片absorbable structure(吸收襯底)芯片,這里特指uec的as芯片 四元芯片,采用movpe工藝制備,亮度相對于常規(guī)芯片要亮 信賴性優(yōu)良 應(yīng)用廣泛2、 led襯底材料 1、led襯底的概念及作用 襯底又稱基板，也有稱之為支撐襯底。襯底只要是外延層生長的基板，在生產(chǎn)和制作過程中，起到支撐和固定的作用。它與外延層的特性配合要求比較嚴格，否則會影響到外延層的生長或是芯片的品質(zhì)。 2、led襯底材料的種類 對于制作led芯片來說，襯底

8、材料的選用是首要考慮的問題。應(yīng)該采用哪種合適的襯底，需要根據(jù)設(shè)備和led器件的要求進行選擇。 藍寶石（al2o3） gan基系列三種襯底材料 硅（si） 碳化硅（sic） 1)藍寶石襯底 通常，gan基材料和器件的外延層主要生長在藍寶石襯底上。藍寶石的硬度非常高，在自然材料中其硬度僅次于金剛石，但是在led器件的制作過程中卻需要對它進行減薄和切割（從400nm減到100nm左右）。 優(yōu)點：藍寶石襯底的生產(chǎn)技術(shù)成熟、器件質(zhì)量較好 藍寶石的穩(wěn)定性很好，能夠運用在高溫生長過程中 藍寶石的機械強度高，易于處理和清洗 缺點：晶格失配和熱應(yīng)力失配，會在外延層中產(chǎn)生大量缺陷； 藍寶石是一種絕緣體，在上表面制

9、作兩個電極，造成了有效發(fā)光面積減少； 增加了光刻、蝕刻工藝過程，制作成本高。 2)硅襯底硅襯底的芯片電極可采用兩種接觸方式，分別是l接觸（lateral-contact , 水平接觸）和v接觸（vertical-contact，垂直接觸）以下簡稱為l型電極和v型電極。通過這兩種接觸方式，led芯片內(nèi)部的電流可以是橫向流動的，也可以是縱向流動的。由于電流可以縱向流動，因此增大了led的發(fā)光面積，從而提高了led的出光效率。因為硅是熱的良導(dǎo)體，所以器件的導(dǎo)熱性 能可以明顯改善，從而延長了器件的壽命。 3)碳化硅襯底 碳化硅襯底（cree公司專門采用sic材料作為襯底）的led芯片，電極是l型電極，

10、電流是縱向流動的。采用這種襯底制作的器件的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能都非常好，有利于做成面積較大的大功率器件sic是iv-iv族二元化合物，也是元素周期表iv族元素中唯一的穩(wěn)定固態(tài)化合物，一種重要的半導(dǎo)體材料。它具有優(yōu)良的熱學(xué)、力學(xué)、化學(xué)和電學(xué)性質(zhì)，不但是制作高溫、高頻、大功率電子器件的最佳材料之一，同時又可以用作基于gan的藍色發(fā)光二極管的襯底材料。優(yōu)點：碳化硅的導(dǎo)熱系數(shù)為490w/mk 要比藍寶石襯底高出10倍以上缺點：碳化硅制造成本較高 實現(xiàn)其商業(yè)化還需要降低相應(yīng)的成本 4)三種襯底的性能比較襯底材料導(dǎo)熱系數(shù)(w/(mk)膨脹系數(shù)(*10e-6)穩(wěn)定性導(dǎo)熱性成本抗靜電能力藍寶石（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外延片生長的概念 外延片是在一塊加熱至適當溫度的襯底基片(主要有藍寶石和、sic、si)上，氣態(tài)物質(zhì)ingaalp有控制的輸送到襯底表面，生長出特定單晶薄膜。 2、led外延片襯底材料種類當前用于gan基led的襯底材料比較多，但是能用于商品化的襯底目前只有兩種，即藍寶石和碳化硅襯底。用于氮化鎵研究的襯底材料比較多，但