LED制程与工艺介绍.ppt

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1、产品工艺流程介绍外延工艺部曲伟2017年7月7日01认识LED目录CONTENTS02半导体简介03LED简介04外延基础05LED外延片测量CHAPTER01认识LEDLED问世于20世纪60年代，起源于美国，在日本发扬光大70年代初，美国杜邦化工厂首先研发出镓砷磷LED，发桔红色，可作仪器仪表指示灯用随着技术进步，LED发光颜色覆盖从黄绿色到红外的光谱范围80年代后，用液相外延技术，制作高亮度红色LED和红外二极管90年代半导体材料GaN使蓝、绿色LED光效达到10Lm，实现全色化LED发展史LED优点节能比传统光源省电50%发

2、光效率高寿命长理论寿命能够达到上万个小时省电，使用寿命长固态光源，结实耐用LED应用节能CHAPTER02半导体简介半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，室温电阻率ρ介于金属与绝缘体之间金属<10−6(Ω·cm)半导体10−3∼106(Ω·cm)绝缘体>1012(Ω·cm)半导体有两种载流子电子(electron,negative)和空穴(hole,positive)P-N结：通过p型和n型半导体材料紧密接触而形成的结。半导体种类:单质半导体：Si、Ge化合物半导体：GaN、GaAs、GaP、ZnO、SiC半导体基础知识CHA

3、PTER03LED简介LED(LightEmittingDiode)是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。发光原理：在外加电场的作用下，电子通过电子导电的n型半导体、空穴通过空穴导电的p型半导体，进入量子阱中并相互结合，发出不同波长的光。LED基本构造LED的发光颜色：蓝光LED,波长440-470nm之间其中广泛使用的蓝光发光二极管主要使用材料为GaNCHAPTER04外延基础外延生长：(Epitaxy)1928年Royer提出了外延（Epitaxy）一词，意思是“在……之上排列”。它是指在具有一

4、定结晶取向的原有晶体（衬底）上延伸出按一定晶体学方向生长薄膜的方法，这个薄膜被称为外延层。2.外延技术液相外延（LPE）：生长速率快，产量大，但晶体生长难以精确控制。金属有机化学气相沉积（MetalOrganicChemicalVaporDepositionMOCVD）：精确控制晶体生长、重复性好、产量大，适合工业化大生产。氢化物气相外延（HVPE）：近几年在MOCVD基础上发展起来的，适应于Ⅲ-Ⅴ氮化物半导体薄膜外延生长的一种新技术。生长速率快，但晶格质量较差。分子束外延（MBE）：超高真空系统，可精确控制晶体生长，晶体界面陡峭，

5、晶格质量非常好，但生长速率慢，成本高，常用于研究机构。1.应用1959年末，外延生长技术应用于半导体领域，它的应用与发展对于提高半导体材料的质量和器件性能，对于新材料、新器件的开发，对于半导体科学的发展都具有重要意义。VeecoK465iVeecoC4AixtronCriusii3.几种MOCVD设备中微MOCVD反应的基本原理：MOCVD：金属有机物化合物化学气相沉积（MetalOrganicChemicalVaporDeposition）MOCVD是以Ⅲ族元素的有机化合物和V族元素的氢化物等作为晶体生长源材料，以热分解反应方式在

6、衬底上进行气相外延，生长各种Ⅲ-V族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。MOCVD的工作原理大致为：当有机源处于某一恒定温度时，其饱和蒸汽压是一定的；通过流量计控制载气的流量，就可知载气流经有机源时携带的有机源的量；多路载气携带不同的源输运到反应室入口混合，然后输送到衬底处，在高温作用下发生化学反应，在衬底上外延生长；反应副产物经尾气管路排出。外延工艺基础Ga(CH3)3+NH3=GaN+3CH4表面反应原理表面进行化学反应、表面移动、成核及膜生长外延工艺基础典型LED外延结构典型LED外延结构PN结发光典型LED外延结

7、构n-CladActiveGaNBufferN+-GaN:Sip-GaN:MgWell:InGaNBarrierInGaNSapphirec-planeAl2O3U-GaN/BufferN--GaN:Si外延生长材料常用MO源：TMGa（三甲基镓，液态）TMAl（三甲基铝，液态）TMIn（三甲基铟，固态，现已有液态）TEGa（三乙基镓，液态）Cp2Mg（二茂基镁，固态，现已有液态）载气：纯度很高（99.999999%）的H2和N2特气：高纯度（99.9999%）NH3（氨气，液态）SiH4（硅烷，气态）衬底：Sapphire（蓝宝石

8、衬底）、PSS（图形化的衬底），SiC衬底,Si衬底外延工艺基础外延工艺基础外延工艺基本流程开runorderPSS衬底MOCVD外延工艺产出wafer量测芯片制程封装模组目前主要可用于量产的几种衬底材料：蓝宝石衬底，Si衬底，6H-