LED晶片制作过程(行业必备)(1)讲解

大功率芯片是LED主流发展 — 常用结构
P极
发光
N极 N极 N极 蓝宝石 N-CaN Si P-CaN P极
P-CaN N-CaN
蓝宝石
N-CaN P-CaN
金属衬底
金属反射层
目前大功率蓝光封装主要结构有三种：蓝宝石衬底、倒装、金属衬底 1、蓝宝石衬底：工艺简单、成本低，但是导热不好，稳定性不高。 2、倒装：透光相对蓝宝石衬底要高，但工艺复杂相对复杂，体积大。 3、金属衬底：工艺复杂、成本高，但导热好、稳定性高、出光效果好。
Wafer半 切
切割 上 视图
Wafer全 切 两种切割： 1、激光：速度快，效率高。目前常用方法 2、钻石切割：速度较慢，且容易出现毛边。
LED制程工艺初步统计及小结
1 P 面蒸镀 N 面蒸镀 电极 P 极蒸镀
N-GaP-Si
2
GaInP-Al AuGeNi 光罩 铝
3
P-GaP-Mg
4
Au Au
LED芯片
LED的基本概念及发光原理
LED（Lighting Emitting Diode）即发光二极管，是一 种半导体固体发光器件，它是能够将电能转化光能的电 子器件并具有二级管的特性。 LED内部基本结构: 两个运动：复合运动、漂移运动
P区 结区 发光区 N区
+
空穴注入
入注子电
LED芯片工艺
• 用于金属蒸镀（ ITO ， Al ， Ti ， Au ，Ni ， Mo ， Pd ，Pt ，Ag ）；金属 薄膜欧姆接触蒸镀 ( 四元 LED ，蓝 光LED，蓝光LD)制程。
单电子枪金属蒸镀系统
（续）
• 介电质薄膜厚度及折射率量 测
光谱解析椭圆测厚仪
• 雜質熱退火處理
• 金半接面合金處理
高溫快速熱處理系統
保 护 层
去胶清洗
腐蚀金、铍
显影、定影
LED制程工艺（3） — 电极制作（B）
铝 钛
循环上面工艺 再镀上钛、铝
去胶清洗 蒸镀钛、铝
wafer 制程注意问题： 1、欧姆键合：金属于金属之间的欧姆接触，接触不好影响电压、电阻等。 2、电极镀层厚度、层数、材料容易影响芯片的好坏。
LED制程工艺（4）
— 切割 SIZE
（续）
•
•
晶片研磨機
晶片研磨（Sapphire、GaN、Si）
晶片拋光
• 晶片研磨（GaAs、InP）
• 晶片拋光
晶片研磨機／拋光機
（续）
切 割 机
• Dicing Saw 用于中道工序Wafer的切割。
（续）
• 用于Wafer切割前，把Wafer 很好的贴于切割用膜的表面。
贴膜机
清 洗 机
• 用于Wafer切割后，把Wafer 表面经切割后留下的污物冲洗干 净。
5
AuBe
6
A u
Au 涂胶 钛
Ni
显影、定影 腐蚀 清洗
CHIP
半、全切割
清洗
1、芯片工序多、工艺复杂，但灵活性高、技术含量强。 2、各厂家使用设备、工艺流程、化学配方、都形成自己的一套并不断更新。 3、万变不离其宗，其主要路线是一样：外延片的生长、电极的制作、后期切割。
相关设备
• 用于LED光罩对准曝光微影制程。 该设备是利用照相的技术，定义出所 需要的图形，因为采用感光剂易曝光， 得在黄色灯光照明区域内工作，所以 其工作的区域叫做「黄光区」 光罩对准曝光机
P面
CaAs衬底 N面 N-GaP-Si
GaInP-Al （发光层、
也称为本活性层）
P-GaP-Mg
Au AuBe Au P-GaP-Mg GaInP-Al N-GaP-Si
GaAs 蒸镀Au（P面） P面蒸镀 蒸镀AuBe（P面） 蒸镀Au（P面）
LED制程工艺（2） — N面蒸镀
P面蒸镀
蒸镀Au（N面） 蒸镀AuGeNi（N面）
LED颜色跟材料之间关系
X的取值 三元化合物 Ga PX As 1-X 禁带宽度 波长与颜色 λ =747nm 红色 λ =671nm 橙色
X=0.2
X=0.35
Ga As 0.8P0.2
GaAs0.65P0.35
1.66eV
1.848eV
1、芯片的发光颜色跟发光区选择的材料有关，
2、芯片的元的计算，就是发光区选择的材料含几种元素，就称为几元芯片。 例如：AlCaInP 就称为四元， CaAs 就称为二元。 。
正面涂胶保护（P面）
化学抛光
去胶清洗
腐蚀
清洗
蒸镀（P面）
清洗
蒸镀（N面） 黄光室涂胶
涂胶前先涂光阻附着液
芯 片 制 作 工 艺 流 程
腐蚀金、铍
去胶清洗
合金 蒸镀钛、铝（P面）
涂胶
套刻
显影、定影
腐ຫໍສະໝຸດ Baidu铝、钛
去胶清洗
切割工序
客户要求较高的
半切
点测
全切
中游成品
送各封装厂
客 一 户 刀 要 切 求 不 高
LED制程工艺（1） — P 面蒸镀
LED芯片的发展（1）
— 外观结构
上图为德国OSRAM芯片结构变化： 1999年前：标准结构。 2002年：ATON结构。 2003年：NOTA结构。 2005年：ThinGaN结构 。 每一种结构的变化通常能提高10-20%的光效
LED芯片的发展（2）
— 镀层、衬底
1、DBR（Distributed Bragg Reflector）：将另一边的光源折向同一边。 2、流局限（Current Blocking）：使P极流向N极电流分布均匀，增加发光面积。 3、OMA（Omni-directional Mirror Adherence）：全方位镜面接合技术 此技术为AOC专利，同时将原衬底CaAs换成Si。
蒸镀Ni（N面）
P
Au AuBe Au P-GaP-Mg GaInP-Al N-GaP-Si
面 、 面 蒸 镀 初 步 完 成
N
GaAs
Au AuGeNi Ni Au
蒸镀Au（N面）
LED制程工艺（3） — 电极制作（A）
保护胶 光照
掩膜版
光照后形 成保护层
蒸镀P面、N面
黄光室涂胶 (p面)
光罩作业
P极
发光区 Al Ti Au AuBe Au P-GaP-Mg GaInP-Al
1、LED 芯片基本结构
2、工程设备
MOCVD
(金屬有机物化学氣相沉淀法)
N-GaP-Si GaAs Au AuGeNi
Ni Au
VPE
(气相磊晶)
N极
LED
上游成品（外延片）
光罩作业
显影、定影
研磨（减薄、抛光）
去腊清洗、库房
3、调节X的值就能改变材料的能级结构，即改变LED的发光颜色。
此即所谓的能带工程。
现有芯片的颜色对应的波長
紫光波长: 370-385nm 藍光波長: 450-470nm 綠光波長: 510-530nm 紅光波長: 620-630nm 黃光波長: 580-595nm 橙光波长: 600-615nm 红外波长: 850nm 、880nm、 940nm