LED芯片制造的工艺流程资料讲解.ppt

9、LED芯片的制造 从以上的的仪器设备可以看出，LED芯片的制造依靠大量的设备，而且有些设备价格昂贵。 LED芯片质量依赖于这些设备和操作这些设备的人员。 设备本身的制造也是LED生产的上游产业，一定程度上反映国家的光电子的发展水平。 二、LED芯片衬底材料的选用 LED芯片首要考虑的问题：衬底材料的选用。 选择衬底依据：根据设备和LED器件的要求进行选择。 三种衬底材料 目前市面上一般有三种材料可作为衬底 　蓝宝石（Al2O3） 　硅?(Si) 　碳化硅（SiC） 除了以上三种常用的衬底材料之外，还有GaAs、AlN、ZnO等材料。 1、蓝宝石衬底 蓝宝石衬底的优点： 生产技术成熟、器件质量好； 稳定性很好，能够运用在高温生长过程； 机械强度高，易于处理和清洗。 1、蓝宝石衬底 蓝宝石衬底应用 GaN基材料和器件的外延层。 对应LED：蓝光（材料决定波长） 1、蓝宝石作为衬底的LED芯片 芯片也叫晶粒 1、蓝宝石作为衬底存的一些问题 （1）晶格失配和热应力失配，这会在外延层中产生大量缺陷，同时给后续的器件加工工艺造成困难。 （2）无法制作垂直结构的器件，因为蓝宝石是一种绝缘体，常温下的电阻率大于1011Ω·cm。 1、蓝宝石作为衬底存的一些问题 （3）成本增加： 通常只能在外延层上表面制作n型和p型电极。在上表面制作两个电极，造成了有效发光面积减少，同时增加了器件制造中的光刻和刻蚀工艺过程，结果使材料利用率降低。 GaN基材料的化学性能稳定、机械强度较高，不容易对其进行刻蚀，因此在刻蚀过程中需要较好的设备。 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）。 1、蓝宝石作为衬底存的一些问题 （4）导热性能不是很好（在100℃约为25W/（m·K））。 为了克服以上困难，很多人试图将GaN光电器件直接生长在硅衬底上，从而改善导热和导电性能。 2、硅衬底 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。 电极制作：硅衬底的芯片电极可采用两种接触方式，分别是L接触（Laterial-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。 2、硅衬底 应用：目前有部分LED芯片采用硅衬底 ，如上面提到的GaN材料的蓝光LED 3、碳化硅衬底 美国的CREE公司专门采用SiC材料作为衬底 3、碳化硅衬底特点 电极：V型电极设计，电流是纵向流动的，两个电极分布在器件的表面和底部，所产生的热量可以通过电极直接导出；同时这种衬底不需要电流扩散层，因此光不会被电流扩散层的材料吸收，这样又提高了出光效率。 导热：碳化硅衬底的导热性能（碳化硅的导热系数为490W/(m·K)）要比蓝宝石衬底高出10倍以上。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。 成本：但是相对于蓝宝石衬底而言，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、蓝宝石衬底与碳化硅衬底的LED芯片 4、三种衬底的性能比较 国产MOCVD设备 中国电子科技集团公司第四十八研究所 上游产业 人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。 * LED制造的工艺流程 LED生产流程 LED生产流程 衬底 N型半导体 P型半导体 缓冲层 LED芯片 电极 LED封装 LED市场巨大，但国内企业还是主要集中在封装和应用等下游领域 上游：衬底、外延材料与芯片制造(技术和资金密集型) 　 中游：器件与模块封装(技术和劳动密集型) 下游：led应用，主要指灯具制造和控制系统 上游外延片制备的投资规模比一些下游应用环节高出上千倍。 外延片制作—上游产业靠设备 上游：衬底、外延材料与芯片制造(技术和资金密集型) 　 日亚、科瑞、欧司朗、飞利浦 、 蓝宝石衬底、SiC衬底、Si衬底 MOCVD（金属有机物化学气相沉积法）外延生长示意图 GaN缓冲层 蓝宝石衬底 原材料：NH3、Ga源 载气：H2、N2 n-GaN 原