LED芯片制造工艺流程

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1、 LED芯片制造的工艺流程芯片制造的工艺流程LED芯片制造的工艺流程芯片制造的工艺流程属属LED上游产业上游产业靠设备靠设备内容内容 一、一、LED芯片制造设备芯片制造设备 二、二、LED芯片衬底材料的选用芯片衬底材料的选用 三、三、LED外延片的制作外延片的制作 四、四、LED对外延片的技术要求对外延片的技术要求 五、五、LED芯片电极芯片电极P极和极和N极的制作极的制作 六、六、LED外延片的切割成芯片外延片的切割成芯片一、LED芯片制造用设备芯片制造用设备 外延片的制备：外延片的制备： MOCVDMOCVD：是制作：是制作LEDLED芯片的最重要技术。芯片的最重要技术。 MOCVDMOC

2、VD外延炉：是制造外延炉：是制造LEDLED最重要的设备。最重要的设备。一台外延炉要一台外延炉要100100多万美元，投资最大多万美元，投资最大的环节。的环节。 电极制作设备：光刻机、刻蚀机、离子电极制作设备：光刻机、刻蚀机、离子注入机等。注入机等。 衬底加工设备：减薄机、划片机、检测衬底加工设备：减薄机、划片机、检测设备等。设备等。1、MOCVD设备设备 MOCVD金属有机物化学气相淀积（金属有机物化学气相淀积（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition） 2、光刻机、光刻机3、刻蚀机、刻蚀机4、离子注入机、离子注入机5、清洗机、清洗机6、划片机、划片机同

3、一功能有不同型号设备选择7、芯片分选机、芯片分选机LED芯片的制造芯片的制造 从以上的的仪器设备可以看出，从以上的的仪器设备可以看出，LED芯片的制芯片的制造依靠大量的设备，而且有些设备价格昂贵。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芯片质量依赖于这些设备和操作这些设备的人员。的人员。 设备本身的制造也是设备本身的制造也是LED生产的上游产业，一生产的上游产业，一定程度上反映国家的光电子的发展水平。定程度上反映国家的光电子的发展水平。二、二、LED芯片衬底材料的选用芯片衬底材料的选用 LED芯片首要考虑的问题：衬底材料的选用。芯片首要考虑的问题：衬

4、底材料的选用。 选择衬底依据：根据设备和选择衬底依据：根据设备和LED器件的要求进器件的要求进行选择。行选择。 三种衬底材料三种衬底材料目前市面上一般有三种材料可作为衬底目前市面上一般有三种材料可作为衬底 蓝宝石（蓝宝石（Al2O3） 硅硅 (Si) 碳化硅（碳化硅（SiC） 除了以上三种常用的衬底材料之外，还有除了以上三种常用的衬底材料之外，还有GaAs、AlN、ZnO等材料。等材料。 下面分别介绍三种材料的特点下面分别介绍三种材料的特点 1、蓝宝石衬底、蓝宝石衬底 蓝宝石衬底的优点：蓝宝石衬底的优点： 生产技术成熟、器件质量好；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

5、；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。机械强度高，易于处理和清洗。 1、蓝宝石衬底、蓝宝石衬底蓝宝石衬底应用蓝宝石衬底应用 GaN基材料和器件的外延层。基材料和器件的外延层。 对应对应LED：蓝光（材料决定波长）：蓝光（材料决定波长）1、蓝宝石作为衬底的、蓝宝石作为衬底的LED芯片芯片 芯片也叫晶粒芯片也叫晶粒1、蓝宝石作为衬底存的一些问题、蓝宝石作为衬底存的一些问题 （1）晶格失配和热应力失配，这会在外延层中）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产生大量缺陷，同时给后续的器件加工工艺造成困难。成困难。 （2）无法制作垂直结

6、构的器件，因为蓝宝石是）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一种绝缘体，常温下的电阻率大于1011cm。 1、蓝宝石作为衬底存的一些问题、蓝宝石作为衬底存的一些问题 （3）成本增加：）成本增加： 通常只能在外延层上表面制作通常只能在外延层上表面制作n型和型和p型电极。在型电极。在上表面制作两个电极，造成了有效发光面积减少，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，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。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，不基材料的化学性能稳定、机械强

7、度较高，不容易对其进行刻蚀，因此在刻蚀过程中需要较好容易对其进行刻蚀，因此在刻蚀过程中需要较好的设备。的设备。 蓝宝石的硬度非常高，在自然材料中其硬度仅次蓝宝石的硬度非常高，在自然材料中其硬度仅次于金刚石，但是在于金刚石，但是在LED器件的制作过程中却需要器件的制作过程中却需要对它进行减薄和切割（从对它进行减薄和切割（从400nm减到减到100nm左左右）。右）。 1、蓝宝石作为衬底存的一些问题、蓝宝石作为衬底存的一些问题 （4）导热性能不是很好）导热性能不是很好（在（在100约为约为25W/（mK）。 为了克服以上困难，很多人试图将为了克服以上困难，很多人试图将GaN光电器件光电器件直接生长

8、在硅衬底上，从而改善导热和导电性直接生长在硅衬底上，从而改善导热和导电性能。能。 2、硅衬底、硅衬底 硅是热的良导体，所以器件的导热性能可以明显改善，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。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，电极制作：硅衬底的芯片电极可采用两种接触方式，分别是分别是L接触接触（Laterial-contact ,水平接触）和水平接触）和V接触接触（Vertical-contact，垂直接触），以下简称为，垂直接触），以下简称为L型电型电极和极和V型电极。通过这两种接触方式，型电极。通过这两种接触方式，LED芯片内

9、部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，因此增大了于电流可以纵向流动，因此增大了LED的发光面积，的发光面积，从而提高了从而提高了LED的出光效率。的出光效率。 2、硅衬底、硅衬底 应用：目前有部分应用：目前有部分LED芯片采用硅衬底芯片采用硅衬底 ，如上面提到，如上面提到的的GaN材料的蓝光材料的蓝光LED3、碳化硅衬底、碳化硅衬底 美国的美国的CREE公司专门采用公司专门采用SiC材料作为衬底材料作为衬底3、碳化硅衬底特点、碳化硅衬底特点 电极：电极：L型电极设计，电流是纵向流动的，两个型电极设计，电流是纵向

10、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，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。这样又提高了出光效率。 导热：碳化硅衬底的导热性能（碳化硅的导热系导热：碳化硅衬底的导热性能（碳化硅的导热系数为数为490W/(mK)）要比蓝宝石衬底高出）要比蓝宝石衬底高出10倍以倍以上。采用这种衬底制作的器件的导电和导热性能上。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。都

11、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：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。成本较高，实现其商业化还需要降低相应的成本。4、蓝宝石衬底与碳化硅衬底的、蓝宝石衬底与碳化硅衬底的LED芯片芯片4、三种衬底的性能比较、三种衬底的性能比较 三、三、LED外延片的制作外延片的制作外延片制作技术分类外延片制作技术分类 1 1、液相外延：红色、绿色、液相外延：红色、绿色LEDLED外延片。外延片。 2 2、气相外延：黄色、橙色、气相外延：黄色、橙色LEDLED外延片。外延片。 3 3、分子束外延、分子束外延 4 4