制作LED外延片的主要方法
LED外延片工艺流程
LED外延片工艺流程：LED外延片工艺流程如下：衬底- 结构设计- 缓冲层生长- N型GaN层生长- 多量子阱发光层生- P型GaN层生长- 退火- 检测（光荧光、X射线）- 外延片外延片- 设计、加工掩模版- 光刻- 离子刻蚀- N型电极（镀膜、退火、刻蚀）- P型电极（镀膜、退火、刻蚀）- 划片- 芯片分检、分级具体介绍如下：固定：将单晶硅棒固定在加工台上。
切片：将单晶硅棒切成具有精确几何尺寸的薄硅片。
此过程中产生的硅粉采用水淋，产生废水和硅渣。
退火：双工位热氧化炉经氮气吹扫后，用红外加热至300~500℃，硅片表面和氧气发生反应，使硅片表面形成二氧化硅保护层。
倒角：将退火的硅片进行修整成圆弧形，防止硅片边缘破裂及晶格缺陷产生，增加磊晶层及光阻层的平坦度。
此过程中产生的硅粉采用水淋，产生废水和硅渣。
分档检测：为保证硅片的规格和质量，对其进行检测。
此处会产生废品。
研磨：用磨片剂除去切片和轮磨所造的锯痕及表面损伤层，有效改善单晶硅片的曲度、平坦度与平行度，达到一个抛光过程可以处理的规格。
此过程产生废磨片剂。
清洗：通过有机溶剂的溶解作用，结合超声波清洗技术去除硅片表面的有机杂质。
此工序产生有机废气和废有机溶剂。
RCA清洗：通过多道清洗去除硅片表面的颗粒物质和金属离子。
具体工艺流程如下：SPM清洗：用H2SO4溶液和H2O2溶液按比例配成SPM溶液，SPM溶液具有很强的氧化能力，可将金属氧化后溶于清洗液，并将有机污染物氧化成CO2和H2O。
用SPM清洗硅片可去除硅片表面的有机污物和部分金属。
此工序会产生硫酸雾和废硫酸。
DHF清洗：用一定浓度的氢氟酸去除硅片表面的自然氧化膜，而附着在自然氧化膜上的金属也被溶解到清洗液中，同时DHF抑制了氧化膜的形成。
此过程产生氟化氢和废氢氟酸。
APM清洗：APM溶液由一定比例的NH4OH溶液、H2O2溶液组成，硅片表面由于H2O2氧化作用生成氧化膜（约6nm呈亲水性），该氧化膜又被NH4OH腐蚀，腐蚀后立即又发生氧化，氧化和腐蚀反复进行，因此附着在硅片表面的颗粒和金属也随腐蚀层而落入清洗液内。
led外延片生产流程
近十几年来，为了开发蓝色高亮度发光二极管，世界各地相关研究的人员无不全力投入。
而商业化的产品如蓝光及绿光发光二级管LED 及激光二级管LD 的应用无不说明了III－V 族元素所蕴藏的潜能。
在目前商品化LED 之材料及其外延技术中，红色及绿色发光二极管之外延技术大多为液相外延成长法为主，而黄色、橙色发光二极管目前仍以气相外延成长法成长磷砷化镓GaAsP 材料为主。
一般来说，GaN 的成长须要很高的温度来打断NH3 之N-H 的键解，另外一方面由动力学仿真也得知NH3 和MO Gas 会进行反应产生没有挥发性的副产物。
LED 外延片工艺流程如下：衬底 - 结构设计- 缓冲层生长- N型GaN 层生长- 多量子阱发光层生- P 型GaN 层生长- 退火- 检测（光荧光、X 射线） - 外延片；外延片- 设计、加工掩模版- 光刻- 离子刻蚀- N 型电极（镀膜、退火、刻蚀） - P型电极（镀膜、退火、刻蚀） - 划片- 芯片分检、分级具体介绍如下：固定：将单晶硅棒固定在加工台上。
切片：将单晶硅棒切成具有精确几何尺寸的薄硅片。
此过程中产生的硅粉采用水淋，产生废水和硅渣。
退火：双工位热氧化炉经氮气吹扫后，用红外加热至300~500℃，硅片表面和氧气发生反应，使硅片表面形成二氧化硅保护层。
倒角：将退火的硅片进行修整成圆弧形，防止硅片边缘破裂及晶格缺陷产生，增加磊晶层及光阻层的平坦度。
此过程中产生的硅粉采用水淋，产生废水和硅渣。
分档检测：为保证硅片的规格和质量，对其进行检测。
此处会产生废品。
研磨：用磨片剂除去切片和轮磨所造的锯痕及表面损伤层，有效改善单晶硅片的曲度、平坦度与平行度，达到一个抛光过程可以处理的规格。
此过程产生废磨片剂。
清洗：通过有机溶剂的溶解作用，结合超声波清洗技术去除硅片表面的有机杂质。
此工序产生有机废气和废有机溶剂。
RCA清洗：通过多道清洗去除硅片表面的颗粒物质和金属离子。
具体工艺流程如下：SPM 清洗：用H2SO4 溶液和H2O2 溶液按比例配成SPM 溶液，SPM 溶液具有很强的氧化能力，可将金属氧化后溶于清洗液，并将有机污染物氧化成CO2 和H2O。
制作LED外延片的主要方法共38页
31、园日涉以成趣，门虽设而常关。 32、鼓腹无所思。朝起暮归眠。 33、倾壶绝余沥，窥灶不见烟。
34、春秋满四泽，夏云多奇峰，秋月 扬明辉 ，冬岭 秀孤松 。 35、丈夫志四海，我❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
LED外延芯片和外延工艺
LED外延芯片和外延工艺LED工作原理可知，外延材料是LED的核心部分，事实上，LED的波长、亮度、正向电压等主要光电参数基本上取决于外延材料。
发光二极管对外延片的技术主要有以下四条：? ①禁带宽度适合。
? ②可获得电导率高的P型和N型材料。
? ③可获得完整性好的优质晶体。
? ④发光复合几率大。
外延技术与设备是外延片制造技术的关键所在，金属有机物化学气相淀积(Metal-Organic Chemical VaporDeposition，简称MOCVD)技术生长III-V族，II-VI族化合物及合金的薄层单晶的主要方法。
II、III族金属有机化合物通常为甲基或乙基化合物，如：Ga(CH3)3，In(CH3)3，Al(CH3)3，Ga(C2H5)3，Zn(C2H5)3等，它们大多数是高蒸汽压的液体或固体。
用氢气或氮气作为载气，通入液体中携带出蒸汽，与V族的氢化物（如NH3，PH3，AsH3）混合，再通入反应室，在加热的衬底表面发生反应，外延生长化合物晶体薄膜。
MOCVD具有以下优点：1. 用来生长化合物晶体的各组份和掺杂剂都可以以气态方式通入反应室中，可以通过控制各种气体的流量来控制外延层的组分，导电类型，载流子浓度，厚度等特性。
2. 因有抽气装置，反应室中气体流速快，对于异质外延时，反应气体切换很快，可以得到陡峭的界面。
3. 外延发生在加热的衬底的表面上，通过监控衬底的温度可以控制反应过程。
4. 在一定条件下，外延层的生长速度与金属有机源的供应量成正比。
MOCVD及相关设备技术发展现状：MOCVD技术自二十世纪六十年代首先提出以来，经过七十至八十年代的发展，九十年代已经成为砷化镓、磷化铟等光电子材料外延片制备的核心生长技术。
目前已经在砷化镓、磷化铟等光电子材料生产中得到广泛应用。
日本科学家Nakamura将MOCVD应用氮化镓材料制备，利用他自己研制的MOCVD设备(一种非常特殊的反应室结构)，于1994年首先生产出高亮度蓝光和绿光发光二极管，1998年实现了室温下连续激射10,000小时，取得了划时代的进展。
led外延片的主要工艺流程
led外延片的主要工艺流程LED外延片是LED芯片的重要组成部分，其质量和工艺直接影响LED芯片的性能和稳定性。
本文将重点介绍LED外延片的主要工艺流程，包括原料准备、衬底制备、外延生长、晶片切割等环节。
一、原料准备LED外延片的主要原料包括氮化镓片、掺杂气体和其他辅助材料。
首先需要对氮化镓片进行预处理，包括表面清洗、电化学抛光和化学机械抛光等工艺，以保证衬底表面的平整度和清洁度。
同时，需要对掺杂气体进行准备，以满足外延生长中对掺杂原子的需求。
此外，还需要准备其他辅助材料，如外延反应室、石英炉管、加热系统等设备。
二、衬底制备衬底制备是LED外延片制备的重要环节，包括表面处理和掺杂处理。
在表面处理过程中，需要采用化学气相沉积（CVD）等技术，对衬底表面进行原子级的处理，以消除缺陷和提高晶格完整性。
在掺杂处理过程中，需要向衬底中引入掺杂原子，以调节材料的导电性和发光性能。
三、外延生长外延生长是LED外延片制备的关键环节，主要包括氮化镓外延生长和掺杂外延生长两个过程。
在氮化镓外延生长过程中，需要将氮化镓晶体在高温环境下在衬底表面上沉积，形成外延层。
而在掺杂外延生长过程中，需要向外延层中引入掺杂原子，以调节LED芯片的电学特性。
四、晶片切割晶片切割是LED外延片制备的最后一道工艺环节，主要包括划线、切割和打磨三个步骤。
在划线过程中，需要在外延片表面进行划线，以确定晶片的大小和形状。
在切割过程中，需要使用磨刀将外延片切割成多个晶片。
而在打磨过程中，需要对切割后的晶片进行打磨，以去除切割产生的裂纹和瑕疵。
综上所述，LED外延片的制备主要包括原料准备、衬底制备、外延生长和晶片切割四个工艺环节。
这些工艺环节相互关联，相互作用，共同保障LED外延片的质量和性能。
通过不断优化工艺流程，提高生产技术水平，可以有效提高LED外延片的生产效率和质量稳定性，推动LED产业的健康发展。
LED外延片--外延工艺
由LED工作原理可知，外延材料是LED的核心部分，事实上，LED的波长、亮度、正向电压等主要光电参数基本上取决于外延材料。
发光二极管对外延片的技术主要有以下四条：①禁带宽度适合。
②可获得电导率高的P型和N型材料。
③可获得完整性好的优质晶体。
④发光复合几率大。
外延技术与设备是外延片制造技术的关键所在，金属有机物化学气相淀积(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，简称MOCVD)技术生长III-V族，II-VI族化合物及合金的薄层单晶的主要方法。
II、III族金属有机化合物通常为甲基或乙基化合物，如：Ga(CH3)3，In(CH3)3，Al(CH3)3，Ga(C2H5)3，Zn(C2H5)3等，它们大多数是高蒸汽压的液体或固体。
用氢气或氮气作为载气，通入液体中携带出蒸汽，与V族的氢化物（如NH3，PH3，AsH3）混合，再通入反应室，在加热的衬底表面发生反应，外延生长化合物晶体薄膜。
MOCVD具有以下优点：用来生长化合物晶体的各组份和掺杂剂都可以以气态方式通入反应室中，可以通过控制各种气体的流量来控制外延层的组分，导电类型，载流子浓度，厚度等特性。
因有抽气装置，反应室中气体流速快，对于异质外延时，反应气体切换很快，可以得到陡峭的界面。
外延发生在加热的衬底的表面上，通过监控衬底的温度可以控制反应过程。
在一定条件下，外延层的生长速度与金属有机源的供应量成正比。
MOCVD及相关设备技术发展现状：MOCVD技术自二十世纪六十年代首先提出以来，经过七十至八十年代的发展，九十年代已经成为砷化镓、磷化铟等光电子材料外延片制备的核心生长技术。
目前已经在砷化镓、磷化铟等光电子材料生产中得到广泛应用。
日本科学家Nakamura将MOCVD应用氮化镓材料制备，利用他自己研制的MOCVD设备(一种非常特殊的反应室结构)，于1994年首先生产出高亮度蓝光和绿光发光二极管，1998年实现了室温下连续激射10,000小时，取得了划时代的进展。
LED外延工艺
外延技术的分类
• • • • 外延技术与设备是外延片制造技术的关键所在。 液相外延 （Linquid Phase Epitaxy LPE）3-4族化合物的外延 气相外延 （Vapor Phase Epitaxy VPE）硅的主要外延工艺 固相外延 （Solid Phase Epitaxy SPE）离子注入退火过程 分子束外延（Molecular Beam Epitaxy MBE）
外延工艺
• 由LED工作原理可知，外延材料是LED的核心部分，事实上， LED的波长、亮度、正向电压等主要光电参数基本上取决于外延 材料。发光二极管对外延片的技术主要有以下四条： • ①禁带宽度适合。 • ②可获得电导率高的P型和N型材料。 • ③可获得完整性好的优质晶体。 • ④发光复合几率大。
外延制作工艺之化学气相淀积
• 化学气相淀积是反应物以气态到达加热的衬底表面发生化学反应，形成固 态薄膜和气态产物。 • 根据化学气相沉淀过程的需要，所选择的化学反应通常应该满足： • （1）反应物质在室温或不太高的温度下最好是气态，或由很高的蒸气压， 且有很高的纯度； • （2）通过沉积反应能够形成所需要的材料沉积层； • （3）反应易于控制。 • CVD可以制备金属薄膜和无机薄膜等 • 化学气相沉积种类很多，主要有：常压气相沉积、低压气相沉积、超低压 CVD/等离子体增强型CVD、激光增强型CVD、金属氧化物CVD等方法 • 按照发生化学种类不同还可以分为：热解法、氧化法、还原法、水解法、 混合反应等
外延制作工艺之化学气相淀积的优缺点
• CVD制备的薄膜最大的特点是致密性好、高效率、良好的台阶覆、孔盖能 力、可以实现厚膜淀积、以及相对的低成本 • 缺点：淀积过程容易对薄膜表面形成污染、对环境的污染等 • 常压CVD特点：不需要很好的真空度、淀积速度非常快、反应受温度影响 不大，淀积速度主要受反应气体的输运速度的影响 • MOCVD优点：反应温度低，广泛应用在化合物半导体制备上，特别是高亮 LED的制备上。
LED外延片工艺流程
LED外延片工艺流程：LED外延片工艺流程如下：衬底- 结构设计- 缓冲层生长- N型GaN层生长- 多量子阱发光层生- P型GaN层生长- 退火- 检测（光荧光、X射线）- 外延片外延片- 设计、加工掩模版- 光刻- 离子刻蚀- N型电极（镀膜、退火、刻蚀）- P型电极（镀膜、退火、刻蚀）- 划片- 芯片分检、分级具体介绍如下：固定：将单晶硅棒固定在加工台上。
切片：将单晶硅棒切成具有精确几何尺寸的薄硅片。
此过程中产生的硅粉采用水淋，产生废水和硅渣。
退火：双工位热氧化炉经氮气吹扫后，用红外加热至300~500℃，硅片表面和氧气发生反应，使硅片表面形成二氧化硅保护层。
倒角：将退火的硅片进行修整成圆弧形，防止硅片边缘破裂及晶格缺陷产生，增加磊晶层及光阻层的平坦度。
此过程中产生的硅粉采用水淋，产生废水和硅渣。
分档检测：为保证硅片的规格和质量，对其进行检测。
此处会产生废品。
研磨：用磨片剂除去切片和轮磨所造的锯痕及表面损伤层，有效改善单晶硅片的曲度、平坦度与平行度，达到一个抛光过程可以处理的规格。
此过程产生废磨片剂。
清洗：通过有机溶剂的溶解作用，结合超声波清洗技术去除硅片表面的有机杂质。
此工序产生有机废气和废有机溶剂。
RCA清洗：通过多道清洗去除硅片表面的颗粒物质和金属离子。
具体工艺流程如下：SPM清洗：用H2SO4溶液和H2O2溶液按比例配成SPM溶液，SPM溶液具有很强的氧化能力，可将金属氧化后溶于清洗液，并将有机污染物氧化成CO2和H2O。
用SPM清洗硅片可去除硅片表面的有机污物和部分金属。
此工序会产生硫酸雾和废硫酸。
DHF清洗：用一定浓度的氢氟酸去除硅片表面的自然氧化膜，而附着在自然氧化膜上的金属也被溶解到清洗液中，同时DHF抑制了氧化膜的形成。
此过程产生氟化氢和废氢氟酸。
APM清洗：APM溶液由一定比例的NH4OH溶液、H2O2溶液组成，硅片表面由于H2O2氧化作用生成氧化膜（约6nm呈亲水性），该氧化膜又被NH4OH腐蚀，腐蚀后立即又发生氧化，氧化和腐蚀反复进行，因此附着在硅片表面的颗粒和金属也随腐蚀层而落入清洗液内。
LED的外延片生长技术介绍
LED的外延片生长技术介绍
外延片技术与设备是外延片制造技术的关键所在，金属有机物化学气相淀积(Metal-OrganicChemicalVaporDeposition，简称MOCVD)技术生长III-V 族，II-VI族化合物及合金的薄层单晶的主要方法。
下面是关于LED外延片技术的一些资料。
1.改进两步法生长工艺
目前商业化生产采用的是两步生长工艺，但一次可装入衬底数有限，6 片机比较成熟，20片左右的机台还在成熟中，片数较多后导致外延片均匀性不够。
发展趋势是两个方向：一是开发可一次在反应室中装入更多个衬底外延片生长，更加适合于规模化生产的技术，以降低成本；另外一个方向是高度自动化的可重复性的单片设备。
2.氢化物汽相外延片(HVPE)技术
采用这种技术可以快速生长出低位元错密度的厚膜，可以用做采用其他方法进行同质外延片生长的衬底。
并且和衬底分离的GaN薄膜有可能成为体单晶GaN芯片的替代品。
HVPE的缺点是很难精确控制膜厚，反应气体对设备具有腐蚀性，影响GaN材料纯度的进一步提高。
3.选择性外延片生长或侧向外延片生长技术
采用这种技术可以进一步减少位元错密度，改善GaN外延片层的晶体品质。
首先在合适的衬底上(蓝宝石或碳化硅)沉积一层GaN，再在其上沉积一层多晶态的SiO掩膜层，然后利用光刻和刻蚀技术，形成GaN视窗和掩膜层条。
在随后的生长过程中，外延片GaN首先在GaN视窗上生长，然后再横向生长于SiO条上。
4.悬空外延片技术(Pendeo-epitaxy)。
LED晶圆(外延)的生长制程
LED晶圆(外延)的生长制程今天来探讨LED 晶圆的生长制程，早期在小积体电路时代，每一个6 英寸的晶圆上制作数以千计的晶粒，现在次微米线宽的大型VLSI，每一个8 英寸的晶圆上也只能完成一两百个大型晶片。
晶圆的制造虽动辄投资数百亿，但却是所有电子工业的基础。
硅晶柱的长成，首先需要将纯度相当高的硅矿放入熔炉中，并加入预先设定好的金属物质，使产生出来的硅晶柱拥有要求的电性特质，接着需要将所有物质融化后再长成单晶的硅晶柱，以下将对所有晶柱长成製程做介绍：长晶主要步骤：1、融化(MeltDown) 此过程是将置放于石英坩锅内的块状复晶硅加热制高于摄氏1420 度的融化温度之上，此阶段中最重要的参数为坩锅的位置与热量的供应，若使用较大的功率来融化复晶硅，石英坩锅的寿命会降低，反之功率太低则融化的过程费时太久，影响整体的产能。
2、颈部生长(Neck Growth) 当硅融浆的温度稳定之后，将方向的晶种渐渐注入液中，接着将晶种往上拉升，并使直径缩小到一定(约6mm)，维持此直径并拉长10-20cm，以消除晶种内的排差(dislocation)，此种零排差(dislocation-free)的控制主要为将排差局限在颈部的成长。
3、晶冠生长(Crown Growth) 长完颈部后，慢慢地降低拉速与温度，使颈部的直径逐渐增加到所需的大小。
4、晶体生长(Body Growth) 利用拉速与温度变化的调整来迟维持固定的晶棒直径，所以坩锅必须不断的上升来维持固定的液面高度，于是由坩锅传到晶棒及液面的辐射热会逐渐增加，此辐射热源将致使固业介面的温度梯度逐渐变小，所以在晶棒成长阶段的拉速必须逐渐地降低，以避免晶棒扭曲的现象产生。
5、尾部生长(Tail Growth) 当晶体成长到固定(需要)的长度后，晶棒的直径必。
LED外延工艺
外延制作工艺之液相外延
• • • • 缺点 当外延层与衬底的晶格失配大于1%时生长发生困难。 由于生长速率较快，难以得到纳米厚度的外延材料。 外延层的表面形貌一般不如气相外延的好。
外延制作工艺之液相外延
• • • • • • • • • 工艺流程 1.准备工作 1）石墨舟处理 2）反应管处理 3）炉温设定 4）衬底制备 5）生长源称量 6）生长材料腐蚀清洗 2.外延生长步骤 1）开炉 2）清洗玻璃和石英器皿 3）称好溶液后应立即装入石墨舟源槽中，以减少在空气中的氧化和玷污 4）抽真空通氢气 5）脱氧 6）装源 7）熔源 8）外延生长 9）关炉取片
外延制作工艺之化学气相淀积
• 化学气相淀积是反应物以气态到达加热的衬底表面发生化学反应，形成固 态薄膜和气态产物。 • 根据化学气相沉淀过程的需要，所选择的化学反应通常应该满足： • （1）反应物质在室温或不太高的温度下最好是气态，或由很高的蒸气压， 且有很高的纯度； • （2）通过沉积反应能够形成所需要的材料沉积层； • （3）反应易于控制。 • CVD可以制备金属薄膜和无机薄膜等 • 化学气相沉积种类很多，主要有：常压气相沉积、低压气相沉积、超低压 CVD/等离子体增强型CVD、激光增强型CVD、金属氧化物CVD等方法 • 按照发生化学种类不同还可以分为：热解法、氧化法、还原法、水解法、 混合反应等
半导体照明之外延工艺及设备
李炳睿 2016.09.24
外延制作工艺
什么叫外延？
在单晶衬底上按照衬底晶向生长单晶薄膜的工艺被称为外延。 长有外延层的晶体片被称为外延片。
外延的分类
• 1.正向外延：在低阻衬底材料上生长高阻外延层的工艺 。 • 2.反向外延：在高阻衬底材料上生长低阻外延的工艺。 • 3.同质外延：生长的外延层与衬底是同一种材料。 • 4.异质外延：外延生长的薄膜材料与衬底材料不同，或 者生长的化学组分、甚至物理结构不同的外延层。
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报告的主要内容： LED的发展，特别是芯片的发展 LED芯片的结构与发光原理 LED芯片的制造过程 LED的封装与应用 未来的展望
LED的发展，芯片的发展
发光二极管Light-Emitting Diode 是由数层很薄的掺杂半导体 材料制成。当通过正向电流时，n区电子获得能量越过PN结的 禁带与p区的空穴复合以光的形式释放出能量。 发光二极管的发展
理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽 度Ｅg有关， 即λ≈1240/Eg（mm） 式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm 红光），半导体材料的Eg应在3.26～1.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。 现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管。
LED芯片的发光原理
光子与电子基本上具有三种交互方式：吸收，自发放射及激发放射。 原子的两能级E1和E2，E1代表基态，E2代表第一激发态。 在E1基态的原子吸收光子后跃迁至激发态E2，此能态的改变为吸收； 激发态原子非常不稳定，经过很短的时间，不需任何外力下会跳回基态而释放 出光子，此程序为自发放射； 当光子照射在激发态原子上，该原子被激发跃回基态而放出与照射原子同相释 放光子，此程序称为激发放射。
LED PN结的电性质
一般
可見光
LED
波長 450~780nm
高亮度 短波長紅外光
不可見光 光波長 850~1550nm 長波長紅外光 850~950nm
发光材料
Ⅲ-Ⅴ族及Ⅱ-Ⅵ族元素的带隙与晶格常数的关系 由图可知，这些材料的发光范围由红光到紫外线。 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（AlGaInP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。发光材料大部分是Ⅲ-Ⅴ族。
•Diffusion •Photolithography •Metallization •Dicing •Die-Mount •Wire-Bond •Encap •Final Test 產 品
*發光二極體晶粒 *光二極體晶粒 *光電晶體晶粒
日本: Nichia, Toyota Gosei 美国: Lumileds, Cree 欧洲: Osram 台湾:晶元,光磊,元砷,廣鎵,華上,燦圓,… 大陆: 三安,聯創,路明,..
能源问题已成为当今人类社会的热门话题，节约能源与环保问 题日趋提上议程。节能应成为各国的城市照明建设需要考虑的重 要问题之一，目前约有21%的电源用于照明，如果能在固体照明 领域节省一半的能源，则会对人类的节约能源作出巨大的贡献。 20世纪中叶出现在市场上的第一批LED产品，经过50多年的发 展历程，在技术上已经取得了长足的进步。现在，LED的平均发 光效率已达到了70lm/W（流明/瓦特），其光强已达到了烛光级， 辐射光的颜色形成了包含白光的多元化色彩，并且寿命可达到数 万小时。特别是在最近几年，LED的产品质量提高了近10倍，而 制造成本已下降到早期的十分之一。这种趋势还在进一步的发展 之中，从而使LED成为信息光电子新兴产业中极具影响力的新产 品。世界各个国家均积极参与研发工作。
0,9 0,8
W = White (GaN)
(x=0.32/y=0.31)
Yellow
Y = Yellow (InGaAlP) 587nm
年代 1965 1968 1971 80年代 发光颜色 红 橙、黄 绿 红 材料 Ge 发光效率lm/w 0.1 1 1 10
发光效率 lm/w 12.5 55
GaAsP GaP AlGaAs
90年代初
红、黄
蓝、绿 蓝
GaAlInP
GaInN
GaN
100
50 200
90年代
90年代
可见光LED的发展史
發光二極體產業結構
相關廠商
上 游 材 料 中 游 製 程 下 游 封 裝
•Substrate •LPE •VPE •MOVPE
•單晶材料--GaAs, GaP •磊晶片--GaAs, AlGaAs, GaAsP, AlGaInP •製造設備--LPE, VPE, MOVPE 晶 粒
日本: Nichia, Toyota Gosei（丰田合成） 美国: Lumileds, Cree 欧洲: Osram 台湾:晶元,元砷,廣鎵,華上… 大陆: 三安,聯創,路明,..
•LED Lamp •SMD LED •Chip LED •IRLED •Back Light •Light Source
•Cluster Lamp •Clock Display •Dot Matrix •7-Segment •Numeric Display •Photocoupler
光寶 億光 興華 今台 佰鴻 先益 光鼎 李洲 立基 琭旦 华郎 伊莱 三永 茂纶 ……
光输出 N-AIyGa1-yAs P- GaAs
反型异质结
同型异质结
P-AIxGa1-xAs
双异质结半导体发光二极管的结构示意图
LED在内部结构上有和半导体二极管相似的P区和N区，相交界面形成PN结。 LED的电流大小是由加在二极管两端的电压大小来控制的。 LED是利用正向偏置PN结中电子与空穴的辐射复合发光的，是自发辐射发光， 发射的是非相干光。
(a)直接带隙
(b)间接带隙
图（a）是直接带隙材料，包括GaN-InN-AlN、GaAs、InP、InAs及GaAs等 图（b）是间接带隙材料，包括Si、Ge、AlAs及AlSb等 目前发光二极管用的都是直接带隙的材料。
CIE色度图
White Blue
B = Blue (InGaN) B = Blue (GaN) 470nm 466nm
LED的优点
发光效率高，节省能源
耗电量为同等亮度白炽灯的 10%-20%，荧光灯破碎，没有电磁干扰，产生废物少
寿命长
寿命可达10万小时
固体光源、体积小、重量轻、方向性好
单个单元尺寸只有3~5mm
响应速度快，并可以耐各种恶劣条件 低电压、小电流