第1章认识LED解释.pdf

LED制造技术与应用 目录 第1章 认识LED 第2章 LED封装 第3章 白光LED的制作 第4章 LED的技术指标和测量方法 第5章 与LED应用有关的技术问题 第6章 LED的应用 第1章 认识LED ? 1.1 LED的基本概念 ? 1.2 LED芯片制造的工艺流程 ? 1.3 LED芯片的类型 ? 1.4 LED芯片的发展趋势 1.1 LED的基本概念 LED是发光二极管(Light Emitting Diode)的简称.顾名思义,发 光二极管是一种可以将电能转化为光能的电子器件并具有二极管 的特性.LED是一种半导体二极管,与普通的半导体二极管一样有 两个电极(正极和负极).LED在工作时需外加电源,外加的电能结构 上有和半导体二极管相似的P区和N区,P区和N区相交的界面形成 PN区.LED与普通半导体二极管一样是一种允许电流单向导通的 器件(如图) 结 区 区发光 1.1.1 LED的基本结构与发光原理 ▲基本结构 LED器件的制造目的是为了得到光,所以它的结构与普通半导 体并不一样. 型电极 型电极 透明导电层 区 发光层 区 外延层 衬底 芯片的基本结构 有 发 射 碗 的 阴 极 杆 透 明 环 氧 树 脂 封 装 楔 型 支 架 阳 极 杆 引 线 架 芯 片 的 结 构 图 ▲发光原理 大家知道p区带有过量的正电荷(通常称为空穴),n区带有过量的负电荷(通常称为电子),当正向导通的电 压加在这个半导体材料的pn结上时,电子就会从n区向p区移动.在p区和n区的交界处电子和空穴发生复合, 复合过程中能量就会以光的形式从LED中发射出来(如图) 电子和空穴复合可分为二类:一是伴随光的辐射的复合;还有一类是不伴随的辐射的复合.前者由于空穴和电 子的复合以光(含紫外光、红外光）的形式辐射能量，这 发光的主要机理，也是发光器件所追求的。而后者复 合不伴随光的辐射，这对固体发光体来说是有害的（因为以热的方式辐射来说，就是要研究如何增强带有光的 辐射形式的复合。因此，研究LED芯片原理及应用的目的，就是在半导体pn结处流过正向电流时，能以较高的 能量转换效率来辐射200~1550nm波长范围的可见光谱（包括紫外、红外），从而做成实用的发光器件。 区 电子 注入 导带 发 光 中 心 价 带 区 空穴 注入 结区 的发光原理 ▲LED发光颜色 根据不同的结构和材料，LED发出的颜色也是 不同的。LED发光的颜色由组成的半导体材料决 定，通常是采用两种有细微差导的材料构成n区和 p区。 目前，照明领域使用的LED有两大类，一类是 磷化铝、磷化镓和磷化铟的合金（AlGanP或 AlInGap），可以做成红色、橙色和黄色的LED； 另一类是氮化铟和氮化镓的合金（InGaN)，可以 做成绿色、蓝色和白色的LED。 1.1.2 LED的特点 LED是通过pn结实现电光转换的，其特点为： 节能 出光效率已达到70lm/w，预测到2015年，白光LED的出光 结构牢固 LED是用环氧树脂封装的固态光源，其结构中没有玻璃泡、灯丝等 易损坏的部件。LED是一种全固体结构，因此能够经受得住震动、冲击而不致 引起损坏。 寿命长 普通白炽灯的寿命约一千小时，荧光灯、金属卤化物灯的寿命不会超 过一万小时，而LED目前使用寿命长达数万小时。 环保 发光颜色纯正，不含有紫外和红外的辐射，它是一种“清洁的光源。 除此之外，还有发光体接近点光源，便于灯具设计；发光响应时间快，是 交通信号灯的最好光源；易于做成薄型灯具，节省安装空间等。 综上所述,LED是一种符合绿色照明要求的光源.所谓的”绿色照明”的概念就是指通 过科学的照明设计,采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明电器产品， 可以提高人们工作、学习、生活的条件与质量，从而创造一个高效、舒适、 安全、经济、有益的环境。 1.2 LED芯片制造的工艺流程 LED制作工艺流程分为两大部分： ① 在衬底上制作氮化镓（GaN)基的外延片； ② 对LEDpn结的两个电极进行加工，并对LED毛片进行减薄、划片，再对 毛片进行测试和分选即可。（如图） 减薄机、清洗机、甩干 机 实时处理机烘箱 扩散、溅射、化学气相沉积 光刻跟踪/步进 单晶炉、切片机、磨片机、 抛光机等 外延 衬底制备 MOCVD 光刻机 离子注入 光刻板图形 /掩 模 外延炉 检验和测量图形、颗粒度、尺 寸、薄膜，以及其他项目 刻蚀温法/干法 探针测试台、颗粒度检 测仪等 化学机械抛光、 清洗 离子注入机 刻蚀机 抗蚀条纹/湿加工、干法 1.2.1 LED衬底材料的选用 根据设备和LED器件的要求进行选择,市面上一般有蓝宝石(Al ) 、硅 （Si）、碳化硅（SiC）三种材料可作为衬底。 ⑴ 、蓝宝石衬底 GaN基材料