LED制程與工藝介紹.ppt

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1、產(chǎn)品工藝流程介紹外延工藝部曲偉2017年7月7日01認(rèn)識(shí)LED目錄CONTENTS02半導(dǎo)體簡(jiǎn)介03LED簡(jiǎn)介04外延基礎(chǔ)05LED外延片測(cè)量CHAPTER01認(rèn)識(shí)LEDLED問世于20世紀(jì)60年代，起源于美國(guó)，在日本發(fā)揚(yáng)光大70年代初，美國(guó)杜邦化工廠首先研發(fā)出鎵砷磷LED，發(fā)桔紅色，可作儀器儀表指示燈用隨著技術(shù)進(jìn)步，LED發(fā)光顏色覆蓋從黃綠色到紅外的光譜范圍80年代后，用液相外延技術(shù)，制作高亮度紅色LED和紅外二極管90年代半導(dǎo)體材料GaN使藍(lán)、綠色LED光效達(dá)到10Lm，實(shí)現(xiàn)全色化LED發(fā)展史LED優(yōu)點(diǎn)節(jié)能比傳統(tǒng)光源省電50%發(fā)

2、光效率高壽命長(zhǎng)理論壽命能夠達(dá)到上萬(wàn)個(gè)小時(shí)省電，使用壽命長(zhǎng)固態(tài)光源，結(jié)實(shí)耐用LED應(yīng)用節(jié)能CHAPTER02半導(dǎo)體簡(jiǎn)介半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，室溫電阻率ρ介于金屬與絕緣體之間金屬<10?6(Ω·cm)半導(dǎo)體10?3～106(Ω·cm)絕緣體>1012(Ω·cm)半導(dǎo)體有兩種載流子電子(electron,negative)和空穴(hole,positive)P-N結(jié)：通過p型和n型半導(dǎo)體材料緊密接觸而形成的結(jié)。半導(dǎo)體種類:單質(zhì)半導(dǎo)體：Si、Ge化合物半導(dǎo)體：GaN、GaAs、GaP、ZnO、SiC半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)CHA

3、PTER03LED簡(jiǎn)介L(zhǎng)ED(LightEmittingDiode)是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。發(fā)光原理：在外加電場(chǎng)的作用下，電子通過電子導(dǎo)電的n型半導(dǎo)體、空穴通過空穴導(dǎo)電的p型半導(dǎo)體，進(jìn)入量子阱中并相互結(jié)合，發(fā)出不同波長(zhǎng)的光。LED基本構(gòu)造LED的發(fā)光顏色：藍(lán)光LED,波長(zhǎng)440-470nm之間其中廣泛使用的藍(lán)光發(fā)光二極管主要使用材料為GaNCHAPTER04外延基礎(chǔ)外延生長(zhǎng)：(Epitaxy)1928年Royer提出了外延（Epitaxy）一詞，意思是“在……之上排列”。它是指在具有一

4、定結(jié)晶取向的原有晶體（襯底）上延伸出按一定晶體學(xué)方向生長(zhǎng)薄膜的方法，這個(gè)薄膜被稱為外延層。2.外延技術(shù)液相外延（LPE）：生長(zhǎng)速率快，產(chǎn)量大，但晶體生長(zhǎng)難以精確控制。金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MetalOrganicChemicalVaporDepositionMOCVD）：精確控制晶體生長(zhǎng)、重復(fù)性好、產(chǎn)量大，適合工業(yè)化大生產(chǎn)。氫化物氣相外延（HVPE）：近幾年在MOCVD基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，適應(yīng)于Ⅲ-Ⅴ氮化物半導(dǎo)體薄膜外延生長(zhǎng)的一種新技術(shù)。生長(zhǎng)速率快，但晶格質(zhì)量較差。分子束外延（MBE）：超高真空系統(tǒng)，可精確控制晶體生長(zhǎng)，晶體界面陡峭，

5、晶格質(zhì)量非常好，但生長(zhǎng)速率慢，成本高，常用于研究機(jī)構(gòu)。1.應(yīng)用1959年末，外延生長(zhǎng)技術(shù)應(yīng)用于半導(dǎo)體領(lǐng)域，它的應(yīng)用與發(fā)展對(duì)于提高半導(dǎo)體材料的質(zhì)量和器件性能，對(duì)于新材料、新器件的開發(fā)，對(duì)于半導(dǎo)體科學(xué)的發(fā)展都具有重要意義。VeecoK465iVeecoC4AixtronCriusii3.幾種MOCVD設(shè)備中微MOCVD反應(yīng)的基本原理：MOCVD：金屬有機(jī)物化合物化學(xué)氣相沉積（MetalOrganicChemicalVaporDeposition）MOCVD是以Ⅲ族元素的有機(jī)化合物和V族元素的氫化物等作為晶體生長(zhǎng)源材料，以熱分解反應(yīng)方式在

6、襯底上進(jìn)行氣相外延，生長(zhǎng)各種Ⅲ-V族化合物半導(dǎo)體以及它們的多元固溶體的薄層單晶材料。MOCVD的工作原理大致為：當(dāng)有機(jī)源處于某一恒定溫度時(shí)，其飽和蒸汽壓是一定的；通過流量計(jì)控制載氣的流量，就可知載氣流經(jīng)有機(jī)源時(shí)攜帶的有機(jī)源的量；多路載氣攜帶不同的源輸運(yùn)到反應(yīng)室入口混合，然后輸送到襯底處，在高溫作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在襯底上外延生長(zhǎng)；反應(yīng)副產(chǎn)物經(jīng)尾氣管路排出。外延工藝基礎(chǔ)Ga(CH3)3+NH3=GaN+3CH4表面反應(yīng)原理表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)、表面移動(dòng)、成核及膜生長(zhǎng)外延工藝基礎(chǔ)典型LED外延結(jié)構(gòu)典型LED外延結(jié)構(gòu)PN結(jié)發(fā)光典型LED外延結(jié)

7、構(gòu)n-CladActiveGaNBufferN+-GaN:Sip-GaN:MgWell:InGaNBarrierInGaNSapphirec-planeAl2O3U-GaN/BufferN--GaN:Si外延生長(zhǎng)材料常用MO源：TMGa（三甲基鎵，液態(tài)）TMAl（三甲基鋁，液態(tài)）TMIn（三甲基銦，固態(tài)，現(xiàn)已有液態(tài)）TEGa（三乙基鎵，液態(tài)）Cp2Mg（二茂基鎂，固態(tài)，現(xiàn)已有液態(tài)）載氣：純度很高（99.999999%）的H2和N2特氣：高純度（99.9999%）NH3（氨氣，液態(tài)）SiH4（硅烷，氣態(tài)）襯底：Sapphire（藍(lán)寶石

8、襯底）、PSS（圖形化的襯底），SiC襯底,Si襯底外延工藝基礎(chǔ)外延工藝基礎(chǔ)外延工藝基本流程開runorderPSS襯底MOCVD外延工藝產(chǎn)出wafer量測(cè)芯片制程封裝模組目前主要可用于量產(chǎn)的幾種襯底材料：藍(lán)寶石襯底，Si襯底，6H-