【2017年整理】LED芯片制造工艺流程.ppt

;;;一、LED芯片制造设备 二、LED芯片衬底材料的选用 三、LED外延片的制作 四、LED对外延片的技术要求 五、LED芯片电极P极和N极的制作 六、LED外延片的切割成芯片;外延片的制备： MOCVD：是制作LED芯片的最重要技术。 MOCVD外延炉：是制造LED最重要的设备。一台外延炉要100多万美元，投资最大的环节。 电极制作设备：光刻机、刻蚀机、离子注入机等。 衬底加工设备：减薄机、划片机、检测设备等。;MOCVD——金属有机物化学气相淀积（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition） ;;;;;同一功能有不同型号设备选择;;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。;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。 ;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。 下面分别介绍三种材料的特点 ;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。 ;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）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。 ;（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）。 ;（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。 ;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。 ;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;美国的CREE公司专门采用SiC材料作为衬底;电极：L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。;;;外延片制作技术分类 1、液相外延：红色、绿色LED外延片。 2、气相外延：黄色、橙色LED外延片。 3、分子束外延 4、金属有机化学气相沉积外延MOCVD; 载流气体;MOCVD成长外延片过程 载流气体通过金属有机反应源的容器时，将反应源的饱和蒸气带至反应腔中与其它反应气体混合，然后在被加热的基板上面发生化学反应促成薄膜的成长。 因此是一种镀膜技术，是镀膜过程。;影响蒸镀层的生长速率和性质的因素： 温度 压力 反应物种类 反应物浓度 反应时间 衬底种类 衬底表面性质等 参数由MOCVD软件计算，自动控制完成，同时要实验修正摸索。;外延片生长中不可忽视的微观动力学问题 反应物扩散到衬底表面 衬底表面的化学反应 固态生长物的沉积 气态产物的扩散脱离;反应气体在衬底的吸附 表面扩散 化学反应 固态生成物的成核和生长 气态生成物的脱附过程等 注意：反应速率最慢的过程是控制反应速率的步骤，也是决定沉积膜组织形态与各种性质的关键。;进料区 反应室 废气处理系统;提供洁静的环境。 反应