LED-半導(dǎo)體發(fā)光顯示器件

1、第2章 半導(dǎo)體發(fā)光顯示器件（LED）1發(fā)光二級(jí)管（LED）顯示半導(dǎo)體LED的發(fā)光原理LED的特性與發(fā)光效率LED制造中的主要工藝技術(shù)LED的工藝流程LED的應(yīng)用及行業(yè)分析2白色LED照明燈地磚燈手電筒可彎曲橡膠材質(zhì)上的LED顯示方案，其宣稱是業(yè)界第一個(gè)結(jié)合高分辨率、全彩影像并具備縮放功能的可彎曲LED顯示產(chǎn)品。 341 概述（1）什么是LED？ 發(fā)光二級(jí)管是一種電光轉(zhuǎn)化器件，具有p-n結(jié)結(jié)構(gòu)。在p-n結(jié)加正向電壓，產(chǎn)生少子注入，少子在傳輸過程中不斷擴(kuò)散，不斷復(fù)合而發(fā)光。（2）LED的發(fā)光特點(diǎn)： LED的發(fā)光顏色，與白熾燈等發(fā)出的白色光等不同，而是近于單色光，換句話說，其發(fā)光的光譜是很窄的。 通

2、過選擇半導(dǎo)體材料，目前生產(chǎn)的發(fā)光二極管可以發(fā)射紅外、紅、橙、黃、綠、藍(lán)等范圍相當(dāng)寬的各種各樣的顏色。5電壓：LED使用低壓電源，供電電壓在6-24V之間，根據(jù)產(chǎn)品不同而異，所以它是一個(gè)比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于公共場(chǎng)所。 效能：消耗能量較同光效的白熾燈減少80% 適用性：很小，每個(gè)單元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)境 穩(wěn)定性：10萬小時(shí)，光衰為初始的50% 響應(yīng)時(shí)間：其白熾燈的響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí)，LED燈的響應(yīng)時(shí)間為納秒級(jí) .發(fā)光二極管(LED)6LED的萌芽期 LED的注人型發(fā)光現(xiàn)象是1907年H.J.Round 在碳化硅晶體中發(fā)現(xiàn)

3、的。1923年O.W.Lossew在S的點(diǎn)接觸部位觀測(cè)到發(fā)光，從而使注人型發(fā)光現(xiàn)象得到進(jìn)一步確認(rèn)。1952年J.R.Haynes等在鍺，硅的PN結(jié)，以及1955年G.A.Wolff在GaP中相繼觀測(cè)到發(fā)光現(xiàn)象。發(fā)光二極管 (LED)的發(fā)展歷史7 20世紀(jì)60年代可以說是基礎(chǔ)技術(shù)的確立時(shí)期。從1962年P(guān)ankove觀察到GaAs中PN結(jié)的發(fā)光開始，相繼發(fā)表關(guān)于GaAs，GaP，GaAsP，ZnSe等單晶生成技術(shù)、注人發(fā)光現(xiàn)象的大量論文，1968年GaAsP紅色LED燈投人市場(chǎng)，1969年R.H.Saul等人發(fā)表GaP紅色LED的外部發(fā)光效率達(dá)7.2，從此實(shí)用化的研究開發(fā)加速展開 在7080年代

4、，由于基板單晶生長(zhǎng)技術(shù)、PN結(jié)形成技術(shù)、元件制造、組裝自動(dòng)化等技術(shù)的迅速進(jìn)步。近年來，采用高輝度紅色、綠色LED的平面顯示元件已廣泛用于各種信息顯示板。對(duì)于最難實(shí)現(xiàn)的藍(lán)色LED，采用了SiC，數(shù)年前也達(dá)到了實(shí)用化，已有顯示燈產(chǎn)品供應(yīng)市場(chǎng)發(fā)光二極管 (LED)的發(fā)展歷史82 半導(dǎo)體發(fā)光原理（LED） 有關(guān)p-n結(jié)的基本知識(shí)（1）本征半導(dǎo)體：沒有雜質(zhì)和缺陷的半導(dǎo)體。（導(dǎo)帶中電子濃度n0與價(jià)帶中空穴濃度p0相等）（3）p型半導(dǎo)體： 摻入比基體材料低一價(jià)的雜質(zhì)，形成施主能級(jí)（電子濃度遠(yuǎn)小于空穴濃度）。（2）n型半導(dǎo)體： 摻入比基體材料高一價(jià)的雜質(zhì)，形成施主能級(jí)（電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度）。（4） p-n

5、結(jié)：p型半導(dǎo)體與n型半導(dǎo)體相接觸形成的結(jié)構(gòu)。9P-N結(jié)發(fā)光原理 由于少數(shù)載流子在電場(chǎng)作用下能量增加，這些載流子在同質(zhì)結(jié)或異質(zhì)結(jié)區(qū)的注入與復(fù)合而產(chǎn)生的發(fā)光叫做結(jié)型電致發(fā)光（又稱注入式電致發(fā)光）。 概據(jù)這種發(fā)光現(xiàn)象制成的發(fā)光器 件稱為結(jié)型電致發(fā)光顯示器件。 LED是注入式電致發(fā)光顯示器件 的典型。 10當(dāng)型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，由于交界面處存在 載流子濃度的差異 ，這樣電子和空穴都要從濃度高的地方向濃度低的地方擴(kuò)散。擴(kuò)散到對(duì)方的載流子在P區(qū)和N區(qū)的交界處附近被相互中和掉，使P區(qū)一側(cè)因失去空穴而留下不能移動(dòng)的負(fù)離子，N區(qū)一側(cè)因失去電子而留下不能移動(dòng)的正離子。這樣在兩種半導(dǎo)體交界處逐漸形成由正

6、、負(fù)離子組成的空間電荷區(qū)（耗盡層）。由于P區(qū)一側(cè)帶負(fù)電，N區(qū)一側(cè)帶正電，所以出現(xiàn)了方向由N區(qū)指向P區(qū)的內(nèi)電場(chǎng) 11外加的正向電壓有一部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)方向相反，削弱了內(nèi)電場(chǎng)。內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙減弱，擴(kuò)散電流加大。擴(kuò)散電流遠(yuǎn)大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響，PN結(jié)呈現(xiàn)低阻性。 注入的少數(shù)載流子（少子）與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合時(shí)，便將多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。 PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況12外加的反向電壓有一部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)方向相同，加強(qiáng)了內(nèi)電場(chǎng)。內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙增強(qiáng)，擴(kuò)散電流大大減小。此時(shí)PN結(jié)區(qū)的少子

7、在內(nèi)電場(chǎng)的作用下形成的漂移電流大于擴(kuò)散電流，可忽略擴(kuò)散電流，PN結(jié)呈現(xiàn)高阻性。13LED的伏安特性開啟電壓與材料有關(guān)，對(duì)于GaAs是1.0V；GaAs1-xPx、Ga1-xAlxAs大致是1.5V；發(fā)紅光的GP是1.8V，發(fā)綠光的GaP是2.0V。反向擊穿電壓一般在-5V以上。電壓小于開啟點(diǎn)無電流14LED的發(fā)光效率復(fù)合理論 導(dǎo)帶中的電子與價(jià)帶中的空穴相復(fù)合時(shí)，一定要釋放出多余的能量。放出能量的方式有兩大類: （1）發(fā)射光子，成為輻射復(fù)合； （2）不發(fā)射光子，稱為非輻射復(fù)合。最后轉(zhuǎn) 變?yōu)闊崮芑蚣ぐl(fā)別的載流子。15（一）輻射復(fù)合按電子躍遷的方式可把輻射復(fù)合分為直接復(fù)合、間接復(fù)合。 直接復(fù)合：電子

8、在導(dǎo)帶與價(jià)帶間直接躍遷而引起非平衡載流子的復(fù)合過程，也稱為帶間復(fù)合。為了制取發(fā)光效率高的LED，在電子與空穴發(fā)生復(fù)合放出能量時(shí)，除了要考慮復(fù)合前后的能量之外，還應(yīng)保持動(dòng)量守恒。16其能帶結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是，在價(jià)帶頂與導(dǎo)帶底不存在動(dòng)量差，這種半導(dǎo)體發(fā)生的復(fù)合稱為直接躍遷型。直接復(fù)合為二體過程，輻射效率高。GaAs, InP屬于這種材料。直接復(fù)合（躍遷）獲得最高發(fā)光效率的復(fù)合過程是電子與空穴的最初動(dòng)量相同，因復(fù)合而放出的能量全部變成光，而動(dòng)量卻不發(fā)生變化，這種情況如圖(a)所示。17間接復(fù)合（躍遷）對(duì)應(yīng)于電子與空穴的初始動(dòng)量不同的情況，這種初始動(dòng)量不同的電子、空穴的復(fù)合稱為間接躍遷型，其能帶結(jié)構(gòu)如圖(b

9、)所示。為了保持動(dòng)量守恒，需要熱、聲等晶格振動(dòng)參與遷移過程，因此發(fā)生復(fù)合的幾率變得很低。輻射效率低，一般為0.1%，如GaP18通過在導(dǎo)帶與價(jià)帶之間加人被稱作等電子捕集器(isoelectronic trap)的雜質(zhì)中心，也可以使像 GaP這種間接遷移的情況達(dá)到很高的發(fā)光效率，如圖(c)所示 。等電子陷阱的激子復(fù)合在光躍遷過程中，被激發(fā)到導(dǎo)帶中的電子和在價(jià)帶中的空穴由于庫侖相互作用，將形成一個(gè)束縛態(tài)，稱為激子。 基質(zhì)晶體中的原子用同一列的元素置換，由于兩者電子親和力不同，會(huì)對(duì)電子或空穴產(chǎn)生吸引力，這類勢(shì)阱叫等電子陷阱。當(dāng)?shù)入娮酉葳宸@了電子或空穴后，變荷電，又會(huì)再俘獲相反電荷，形成束縛激子。如

10、GaP：N19三種發(fā)光機(jī)制20施主受主對(duì)復(fù)合指施主俘獲電子和受主俘獲空穴的一種復(fù)合，是一種發(fā)射光子能量小于帶隙的重要機(jī)制，那能明顯提高間接帶隙半導(dǎo)體的發(fā)光效率。當(dāng)受主和施主同時(shí)進(jìn)入晶格格點(diǎn)，形成臨近對(duì)。也稱D-A對(duì)。施主及受主的濃度要足夠高才能形成對(duì)。例紅光GaP LED中， 同時(shí)摻雜入了Zn原子和氧原子，形成D-A對(duì)。O深施主能級(jí)Zn淺受主能級(jí)鎵鋅磷氧D-A對(duì)325621（二）非輻射復(fù)合俄歇復(fù)合：電子-空穴對(duì)復(fù)合時(shí)，使另一載流子獲得能量而躍遷到更高的能量狀態(tài)。多發(fā)生在載流子濃度很高的情況下。非發(fā)光中心復(fù)合：發(fā)出的光不在測(cè)量范圍內(nèi)。多聲子躍遷過程：電子-空穴對(duì)復(fù)合時(shí)，多余的能量以多個(gè)聲子能量放

11、出（變成熱量）降低非輻射復(fù)合是提高LED發(fā)光效率的一個(gè)重要方面。22在能帶結(jié)構(gòu)中，由于導(dǎo)帶、價(jià)帶都為拋物線形狀，因此發(fā)光譜兩端都會(huì)有不同程度的加寬現(xiàn)象，其半高寬一般為3050nm。半高寬度反映譜線的寬窄，即LED單色性的程度 半導(dǎo)體材料與發(fā)光波長(zhǎng) LED的發(fā)光源于電子與空穴的復(fù)合，其發(fā)光波長(zhǎng)是由復(fù)合前空穴和電子的能量差決定的。對(duì)于直接躍遷型材料，晶體發(fā)光的波長(zhǎng)決定于禁帶寬度Eg，發(fā)光波長(zhǎng)可由關(guān)系式=1.24 eV/Eg求出?？梢姽猓?80nm 760nm1.63eV Eg 2.53 eV, 需用寬禁帶半導(dǎo)體23紅外LED 一般使用直接遷移型材料，如GaAs，GaAlAs，InGaAsP等。但也

12、有用摻雜Si的GaAs制作的LED，通過在比價(jià)帶高的能量位置形成的所謂受主能級(jí)與導(dǎo)帶的電子發(fā)生復(fù)合的機(jī)制，其發(fā)光波長(zhǎng)為940nm，比GaAs禁帶寬度對(duì)應(yīng)的發(fā)光波長(zhǎng)880nm更長(zhǎng)些。紅色LED的中心材料 是以 Zn-O對(duì)作為發(fā)光中心的 GaP，Zn-O對(duì)在其中起等電子捕集器的作用。GaP為間接躍遷型，在其中導(dǎo)入雜質(zhì)Zn-O對(duì)作為發(fā)光中心，已實(shí)現(xiàn)較高效率的紅色 LED，發(fā)光波長(zhǎng)為 700nm，晶體不發(fā)生自吸收現(xiàn)象，可以在低電流密度下獲得高輝度。24藍(lán)色LED 需要采用禁帶寬度大的材料，已經(jīng)在研究開發(fā)的有SiC，GaN，ZnSe，ZnS等。SiC是容易形成P-N結(jié)的材料，屬于間接躍遷型，依靠摻入雜質(zhì)

13、Al和N能級(jí)間的躍遷產(chǎn)生發(fā)光。GaN，ZnSe，ZnS為直接躍遷型，可獲得高輝度發(fā)光。這些材料的研究開發(fā)近年來獲得重大突破，高輝度藍(lán)色 LED正在達(dá)到實(shí)用化。在橙色、黃色LED中，使用的是以N為等電子捕集器的GaAsP；在綠色LED中，使用的是摻雜有高濃度N的間接遷移型GaP。而且，在純綠色LED中，正在使用不摻入雜質(zhì)的GaP。25電流注入與發(fā)光 實(shí)際LED的基本結(jié)構(gòu)要有一個(gè)P-N結(jié)。當(dāng)在P-N結(jié)上施加順向電壓，即P型接正，N型接負(fù)的電壓，會(huì)使能壘降低，從而使穿越能壘的電子向P型區(qū)擴(kuò)散，使穿越能壘的空穴向N型區(qū)擴(kuò)散的量增加。通常稱此為少數(shù)載流子注入，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子發(fā)生復(fù)合從而放出

14、光。隨電壓增加，達(dá)到一定值，電流急劇增加，光發(fā)射開始。電流開始增加時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓相應(yīng)于P-N結(jié)勢(shì)壘的高度，稱該電壓為起始電壓，起始電壓隨LED材料及元件的結(jié)構(gòu)不同而不同，GaAs為1.01.2V，GaAIAs為1.51.7V，GaP為1.8V，SiC為2.5V等等。26 LED的發(fā)光效率與其能量收支相關(guān)，其數(shù)值可表示為載流子向P-N結(jié)的注入效率、載流子變?yōu)楣獾淖儞Q效率、產(chǎn)生的光到達(dá)晶體外部的光取出效率三者的乘積。LED的發(fā)光效率= i c ei 載流子向P-N結(jié)的注入效率 c載流子變?yōu)楣獾淖儞Q效率 e產(chǎn)生的光到達(dá)晶體外部的光取出效率為獲得較高的發(fā)光效率，一般要采取各種措施，例如在結(jié)構(gòu)上采取讓光通

15、過一般說來吸收介質(zhì)作率較小的N型半導(dǎo)體，為防止由于晶體表面反射造成的損失，在晶體表面涂覆高折射率的薄膜、折射率較大的為圓頂天窗等等。27發(fā)光效率、光輸出及亮度 注入LED的載流子變換為光子的比率稱為內(nèi)部量子效率；而射出晶體之外的光子與注入載流子之比稱為外部量子效率。由于在P-N結(jié)附近發(fā)生的光會(huì)受到晶體內(nèi)部的吸收以及反射而減少，一般說來，外部量子效率要低于內(nèi)部量子效率。市售 LED產(chǎn)品的外部量子效率，紅色的大約為 15，從黃色到綠色的則在 0.3l范圍內(nèi)，藍(lán)色的大約為3。發(fā)光二極管 (LED)28本節(jié)完29發(fā)光二級(jí)管制造中的主要工藝技術(shù)LED需要優(yōu)質(zhì)無缺陷的單晶材料。為形成發(fā)光中心需要對(duì)單晶材料

16、做可控的摻雜。(大單晶切片缺陷量大）外延：指在單晶襯底上生長(zhǎng)一層新單晶的技術(shù)。新單晶的取向取決于襯底，并由襯底向外延伸而成。故稱外延層。外延工藝有氣相外延（VPE)、液相外延（LPE)、分子束外延（MBE）和金屬有機(jī)物氣相沉積四種。30 外延技術(shù) （1）液相外延（liquid phase epitaxy，LPE）法從原理上說是溶液冷卻法，即利用溶解度相對(duì)于溫度的變化，通過飽和溶液的冷卻，使過飽和的溶質(zhì)部分在基板表面析出的方法。 在LPE法中，利用源的烘烤，可以獲得高純度的優(yōu)良單晶，而且生長(zhǎng)速率大，現(xiàn)已用于GaP，GaAs，InP系的LED的批量化生產(chǎn)。紅、綠色LED用的GaP，紅色LED用的G

17、aAIAs，紅外LED用的GaAs，長(zhǎng)波長(zhǎng)LED用的InGaAsP都是通過LPE法制作的。發(fā)光二極管 (LED)31 從原理上說是溶液冷卻法，即利用溶解度相對(duì)于溫度的變化，通過飽和溶液的冷卻，使過飽和的溶質(zhì)部分在基板表面析出的方法。發(fā)光二極管 (LED)缺點(diǎn)：欲生長(zhǎng)晶體的晶格常數(shù)與襯底的晶格常數(shù)偏離不能大于1%；沿生長(zhǎng)方向組分不均勻；層厚小于0.06微米時(shí)，生長(zhǎng)難以控制。32 （2）氣相外延（vapor Phase epitaxy，VPE）法，如圖 所示，是使III族金屬源氣體與V族鹵化物或氫化物通過開管式反應(yīng)而進(jìn)行的氣相生長(zhǎng)法，適合批量生產(chǎn)，目前紅、橙、黃色LED用的GaAsP就是用這種方法

18、制作的。33 （3）分子束外延（molecular beam epitaxy，MBE）法，如圖 712所示，是使 PBN小孔坩堝中的固體加熱氣化，得到的分子束射向加熱到一定溫度的基板單晶上進(jìn)行單晶生長(zhǎng)的方法。其特點(diǎn)是組成、膜厚的可控制性及均勻性都很好。缺點(diǎn)：價(jià)格昂貴，設(shè)備復(fù)雜，主要用作科研用途，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。34 （4） 有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積（metalorganic chemical vapor deposition，MOCVD）法，對(duì)于Ill-V族化合物來說，是以Ill族金屬的烷基金屬化合物為原料，V族元素以氫化物為原料的氣相生長(zhǎng)法；以H2為載帶氣體，在常壓或減壓的氣氛中，在加熱到一定

19、溫度的基板單晶上，在保持V族元素過剩的條件下，使氣相原料之間發(fā)生反應(yīng)的單晶生長(zhǎng)法。其裝置示意見圖 7-13。其特點(diǎn)與MBE相似，組成、膜厚的可控制性及均勻性都很好，是適于批量生產(chǎn)的單晶生長(zhǎng)法。發(fā)光二極管 (LED)35基片可轉(zhuǎn)動(dòng)生產(chǎn)MOCVD的廠家以德國(guó)AIXTRON和美國(guó)的EMCORE公司最為著名。3000萬元 /臺(tái)36MOCVD的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀 MOCVD作為L(zhǎng)ED制造最核心環(huán)節(jié)的外延片生長(zhǎng)關(guān)鍵設(shè)備，也是制造環(huán)節(jié)中單項(xiàng)投資最大的部分。目前可以提供工業(yè)化生產(chǎn)的MOCVD設(shè)備制造商有限，集中程度較高，主要在歐美和日本。中國(guó)MOCVD設(shè)備國(guó)產(chǎn)化之路一直走的并不太順利，但是近來有幾家國(guó)內(nèi)設(shè)備科研和生產(chǎn)單

20、位給出了設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的時(shí)間表，令人期待。 在全球LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)下，近年來MOCVD設(shè)備一直處于供應(yīng)緊張的狀態(tài)，設(shè)備到貨期不斷被延長(zhǎng)。中國(guó)MOCVD設(shè)備的供應(yīng)商主要集中在美國(guó)Veeco和德國(guó)AIXTRON兩家。2010年全球MOCVD新增安裝量中，韓國(guó)增量最多，其次是臺(tái)灣地區(qū)。根據(jù)SEMI統(tǒng)計(jì)，中國(guó)大陸今年MOCVD新增量在160-180臺(tái)之間，居全球第三。另外，根據(jù)SEMI統(tǒng)計(jì)和分析，結(jié)合MOCVD供應(yīng)情況，2011年中國(guó)MOCVD新增量份額有望達(dá)到全球的40%，而其它地區(qū)的增量會(huì)保持與2010年相當(dāng)?shù)乃交虺霈F(xiàn)下降。3738摻雜技術(shù)向化合物半導(dǎo)體單晶中摻雜雜質(zhì)有各種不同的方法。在LPE法

21、中，通過向熔液中添加各種雜質(zhì)，即可獲得具有所要求的電導(dǎo)率、特定載流于濃度的單晶體。在VPE、MBE、MOCVD方法中，或者使固態(tài)的雜質(zhì)蒸發(fā)，或者添加含有雜質(zhì)的氣態(tài)化合物，以獲得所要求的電導(dǎo)率及載流子濃度等。摻人雜質(zhì)的量可以獨(dú)立控制，重復(fù)性、可控制性都較好。擴(kuò)散摻雜仍然是最重要的摻雜方法之一。擴(kuò)散摻雜法分閉管式（真空閉管式）和開管式兩種，后者操作簡(jiǎn)單，適合于大直徑晶片及批量化生產(chǎn)。發(fā)光二極管 (LED)39發(fā)光二極管 (LED)40福田結(jié)晶技術(shù)研究所試制的8英寸藍(lán)寶石單晶制造裝置 成品率相同的話，基板的口徑越大，每塊基板能獲得的LED芯片數(shù)量就越多，從而越有助于提高生產(chǎn)效率，降低成本。 白色LE

22、D使用的藍(lán)色LED芯片大多在口徑為24英寸的藍(lán)寶石基板上制造而成。所以業(yè)界公認(rèn)口徑為6英寸的藍(lán)寶石基板會(huì)越來越多地被使用，但在此之前，能否制造出來8英寸的大尺寸藍(lán)寶石基板還不明朗。福田結(jié)晶技術(shù)研究所的裝置，為實(shí)現(xiàn)8英寸產(chǎn)品打通了道路。 LED基片的生產(chǎn)藍(lán)寶石的主要成分是氧化鋁41LED制作工藝簡(jiǎn)介焊料形狀化的外延LED結(jié)構(gòu)的示意圖 藍(lán)寶石基板蝕刻圖形化可以有效增加光的出射效率，因?yàn)橛苫灞砻鎺缀螆D形的變化，可以改變LED的散射機(jī)制，或?qū)⑸⑸涔鈱?dǎo)引至LED內(nèi)部，進(jìn)而由適當(dāng)角度中穿出。42首先在藍(lán)寶石基板上外延層制作GaN的LED結(jié)構(gòu)。再將藍(lán)寶石基板磨薄至200 m厚度，以利于后續(xù)芯片切割之進(jìn)行。

23、接著分別在元件上下面鍍上二氧化硅（SiO2）當(dāng)作蝕刻保護(hù)層。接著將已設(shè)計(jì)圖案化之藍(lán)寶石基板浸入高溫300的磷酸與硫酸的混合液中，進(jìn)行藍(lán)寶石基板之側(cè)邊蝕刻。43去除二氧化硅保護(hù)層。并用覆晶（Flip Chip）設(shè)備將芯片黏著于硅基板上進(jìn)行透明導(dǎo)電膜（ITO）與金屬電極（Electrode）制作晶粒切割使用雷射切割LED芯片后，會(huì)將基材燒出一道痕跡，因此在芯片邊緣會(huì)流下焦黑的切割痕跡，這種切割殘留物會(huì)影響LED亮度達(dá)510%, 使用高溫磷酸來進(jìn)行藍(lán)寶石基板的側(cè)邊蝕刻（Sapphire Sidewall Etching; SSE），以去除雷射切割后的焦黑殘留物，進(jìn)而增進(jìn)LED的發(fā)光效率。 使用雷射切

24、割LED芯片后，會(huì)將基材燒出一道痕跡，因此在芯片邊緣會(huì)流下焦黑的切割痕跡，這種切割殘留物會(huì)影響LED亮度達(dá)510%, 使用高溫磷酸來進(jìn)行藍(lán)寶石基板的側(cè)邊蝕刻（Sapphire Sidewall Etching; SSE），以去除雷射切割后的焦黑殘留物，進(jìn)而增進(jìn)LED的發(fā)光效率。 44晶片：?jiǎn)尉О簦ㄉ榛?，磷化鎵）單晶片襯底在襯底上生長(zhǎng)外延層外延片 成品：?jiǎn)尉?、外延片上游制程：金屬蒸鍍光罩蝕刻熱處理（正負(fù)電極制作）切割測(cè)試分選 成品：芯片 中游封裝：芯片粘貼焊接引線樹脂封裝剪腳 成品: LED燈泡和組件 下游 LED生產(chǎn)流程 （上游外延片生長(zhǎng)為 LED 的關(guān)鍵技術(shù)，附加值也最大。單晶片是襯底，

25、目前使用較多的是藍(lán)寶石）（芯片切割過程的成品率為中游制作階段的重點(diǎn)）（技術(shù)含量仍然比較低。制作重點(diǎn)在于封裝能力的多樣化外，以及如何增加封裝難度高的大功率LED產(chǎn)品以提升利潤(rùn)與競(jìng)爭(zhēng)力） 45目前全球LED主要廠商為日亞化學(xué)、豐田合成、CREE、GELCORE、LUMILEDS 和OSRAM等，這些國(guó)際大公司主要分布在歐美日，擁有LED技術(shù)的主要專利，也是LED前沿技術(shù)的主要開發(fā)力量。LED生產(chǎn)商與產(chǎn)業(yè)格局46全球 LED市場(chǎng)分布中，手持設(shè)備（包括手機(jī)、PDA等）使用量最大，占整個(gè)LED應(yīng)用市場(chǎng)的 36%。其次是滲透較早的信號(hào)指示領(lǐng)域，包括交通燈和儀器儀表等，占比為 17%。汽車照明占15%，大尺

26、寸屏幕背光和普通照明均占10%，這三個(gè)行業(yè)為L(zhǎng)ED 目前正在大力拓展的領(lǐng)域。其他用途占12%，包括景觀照明等47同時(shí)由于LED 能量轉(zhuǎn)換效率是CCFL的兩倍，也就意味著同樣的電池下，使用LED作為背光源的筆記本，續(xù)航能力是CCFL 背光源筆記本的兩倍。輕薄、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，是筆記本未來發(fā)展的方向，隨著LED成本的下降，用做筆記本背光源將越來越多，是目前LED行業(yè)最重要的開拓領(lǐng)域。 48LED照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展LED 照明發(fā)韌于 20 世紀(jì) 60 年代，最初的 GaAsP 發(fā)光二極管發(fā)光效率和亮度較低，只能用作儀表指示燈。二十世紀(jì)下半葉技術(shù)的快速進(jìn)步特別是新材料的不斷出現(xiàn)，LED 的發(fā)光效率和能量轉(zhuǎn)換效

27、率都在快速提高。到2000年前后，效率指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到并超過了熒光燈，被視為人類照明的第四次革命。49同樣亮度的白熾燈、熒光燈和LED燈使用 10000小時(shí)，LED燈總成本比熒光燈高，但已經(jīng)比白熾燈要低。LED 燈總成本較高的原因來自于目前光源成本較高，隨著對(duì)LED的大規(guī)模投入和產(chǎn)品價(jià)格的不斷下降，LED光源成本下降是大勢(shì)所趨，到兩者價(jià)格差距不大，就是LED燈進(jìn)入普通照明之時(shí)。 2007年數(shù)據(jù)LED照明產(chǎn)業(yè)50超高亮 LED 的特性當(dāng)正向電壓超過某個(gè)閾值(約2V)，即通常所說的導(dǎo)通電壓之后，可近似認(rèn)為，IF 與 VF 成正比。見表是當(dāng)前主要超高亮LED 的電氣特性。當(dāng)前超高亮 LED 的最高 IF 可達(dá) 1A，而 VF 通常為 24V。正向壓降(VF)和正向電流的(IF)關(guān)系曲線采用恒壓源驅(qū)動(dòng)不能保證 LED 亮度的一致性， 并且影響LED的可靠性、壽命和光衰。因此，超高亮 LED 通常采用恒流源驅(qū)動(dòng)51LED 的溫度與光通量關(guān)系曲線光通量與溫度成反比，85時(shí)的光通量是 25時(shí)的一半，而一 40時(shí)光輸出是 25時(shí)的 18 倍。良好的散熱是 LED 保持恒定亮度的保證。5253到 2010 年左右，LED 燈在成本上可以和熒光燈一競(jìng)高低。 54白光LED的