LED白光控制与制程工艺与发展前景之展望.docx

摘鬟跑目来源I1.ED发展状况21.ED相关学问2.I1.ED的一般表示2.2极限参数2.3光错图、峰波长和主波氏2。4纯度1 .5色温2 .6光能、相射通量和光通批2,7发光强度3蓝光1.ED芯片的制作3. I制作原理3J2MOVCD制作工艺简介4半导体发光原理3.1 n型半导体的形成4。2p型半导体是如何形成的4. 3当Pn结加上反向电压时4,4当Pn站加上正向电压时的状况4。Spfl结组二极管的特性4.6 发光本质4.7 发光效率5当前白光1.ED的实现和难鹿6白光）1.ED的制程工艺6.I点银浆6.2固晶6.3焊线6,5试作7白光1.ED的发展前景参考文献1.ED的发展仅仅过了短短几十年，但它的成长为世人所共睹。它是一门综合的学科。半导体产业在它最初阶段没有人会把它和光学联系在一起。但时至今日.它却也不再仅是一门简简洁单的物理学产业，它及光学的学问就像鱼儿及水的光系，紧密相连。当然，这也是当今全部科学产业发展的大势,它环保无污染,性能稳定寿命长.集众多优点于一身。在消费者眼里,它无疑是完备的象征。不过，因为它的小.它的精密，也因为它的年轻生产者而言，她却像天上的仙女，想说爱并不简洁。从最初的外延片生产到末了的1.ED成品，一个小小的看不起眼的1.ED产品,却经验了从外延片到成品检测等数十个生产流程,每一道程序和都至关重要“特殊是白光1.ED,其材痂的特殊要求，确定了它生产过程的及众不同。特殊是蓝宝石外延片切割时的困雄，对静电的抗击实力相对脆弱，更确定了其在制作上的苛刻要求.摘要1.ED,即IighIemmingdiOde,也就是我们日常所说的发光二极管.作为当今日新月异变更的科技世界里的一员，能在短短十数年里，便以一日T里的发展速度成长并应用于我们的每分生活，其成就是有目共睹的.它的年轻，确定了它的发展空间;它遍布全身的优点，成就了它美妙的前见。它无疑问，若干年后的今日.点亮我们夜间五彩生活的将是色调缤纷的1.ED。本文从当今1.ED的发呈现状和前珏展望着手，通过对发光二极管的电学特性和光学原理方面的学习，探讨1.ED的在制程过程中的须要留意的相关问题和细微环节.因为所知有限，一些方面的学习和相识不够深刻，甚至会有相识上的错误,还望老册赐予指正。文章第一、二部分讲解并描述趣目来由和1.ED当前概况;第三部分介绍了1.ED相关简要学问：第四部分大略的述说了1.ED芯片的制作原理当前业界最流行的制作方式MoVCD：第五部分从光子理论若手，概述了半导体的发光原理；第六部分若至介绍了成品1.ED的制作流程和工艺细微环节。关键词：1.ED,半导体发光二极管,蓝光1.ED芯片,PN结，发光效率，白光1.ED制程工艺。1.ED的白光限制及制程工艺及发展前景之展望-毕业设计开题报告一、题目来源由于校外毕业设计和目前所在公司为1.ED生产企业的考虑,我选择了“1.ED的白光限制及制程工艺及发展前比之展望”作为我毕业设计之探讨课题。二、探讨目的和意义1.ED.就是我们日常所说的发光二极管。它具有全固体、冷光源、寿命长、体积小、光效高、响应快(只有几十纳秒)、性耐度好等优点。它由19世纪50年头简简洁单的硅材料半导体到70年头以GaAS基和InP基为代表的黄、红光发光管,再到90年头至今以GaN基为代表的蓝、绿光发光二极管,约有50余年的发展史。特殊是蓝、绿光的实现,更为1.ED取代我们目前普遍运用的白炽灯、荧光灯而成为照明主流打开了无限的天地，成为1.ED发展史上的又一座里程碑。三、国内外现状和发展趋势及探讨的主攻方向目前，1.ED已全面用于电子产品、广告和路标显示、汽车、航天等科技令域。特殊是西方、日本和台湾，其发展更为迅猛。其中白光,更成为1.ED的竞争焦点。白光1.ED的能耗仅为白炽灯的1/8,荧光灯的1/2,节约能源，且寿命可长达IO万小时，而一般白炽灯寿命约为一千小时,荧光灯、金属卤化物灯的寿命不超过一万小时.白光1.ED的无汞化,易于回收，益于爱护环境。因此各国政府均大力扶持白光1.ED的发展。美国、欧盟等发达国家皆由政府成立专项，主动推行。日本的世纪的光照明安排”,时间是从1998i-2(X)2年将耗费50亿日元推行半导体照明，目标是在2006年用白光1.ED替代50%的传统照明：美国的“国家半导体照明安排”,时间是从20(X)年一201()年,安排投资5亿美元：欧盟的''彩虹安阴,已在2(X)0年7月启动，通过欧共体的资助,推广应用白光1.ED。目前，世界驾驭半导体技术的企业纷纷和老牌照明灯制造商联手，抢占这个将来最大的照明市场。四、主要探讨内容需重点探讨的关键问题及解决思路半导体PN结的电致发光机理确定了1.ED不行能产生.具有连续光谱的白光,同时单只1.ED也不行能产生两种以上的高亮度单色光。因此半导体光源要产生白光,只能通过光的合成。当前白光1.ED的实现方案主要为三种。一、蓝光1.ED芯片和可被蚯光有效激发的发黄光荧光粉有机结合组成白光1.ED。一部分蓝光被荧光粉汲取，激发荧光粉发出峰值为570nm的黄（绿）光，放射出的黄光及剩下的蓝光结合，通过限制其结合强度比,得到各种色温的白光。二、用紫外线激发可被紫外光有效激发,而放射红、绿、蓝:基色的荧光粉而有机结合组成白光。三、将红、绿、蓝-：基色芯片或发光管组成一个象素实现白光.以上是当今发展相对较快的：种实现白光的方法.1.ED的白光限制和生产工艺及发展前景之展望1 1.ED发展状况1.ED,即IightCmitlingdiOde.就是我们日常所说的发光二极管.它具有全固体、冷光源、寿命长、体枳小、光效高、响应快（只有几十纳秒）、性耐度好等优点.是当今集固体物理（半导体光子、固体发光）、无机和有机化学和化工、光机电和热传导工程等多学科，多工程于一体的高科技产品.它由19世纪50年头简简洁单的硅材料半导体到70年头以GaAs基和InP基为代表的黄、红光发光管,再到90年头至今以GaN基为代表的篮、球光发光二极管.约有50余年的发展史。特殊是蓝、光的实现，更为1.ED取代我们目前普遍运用的白炽灯、荧光灯而成为照明主流打开无限的大地,成为1.ED发展史上的又一座里程碑.目前，1.ED已全面用丁电子产品、广告和路标显示、汽车、航天等科技令域.特殊是西方、日本和台湾，其发展更为迅猛。预估2016年全球相机手机出货量可达2亿支，口闪光灯应为相机手机之标准配备，1.ED在手机领域将可增加4亿颗的贡献.其中白光，更成为1.ED的竞争焦点。白光1.ED的能耗仅为白炽灯的1/8,荧光灯的1/2,节约能源，旦寿命可长达10万小时，而-般白炽灯寿命约为一千小时，荧光灯、金属卤化物灯的寿命不超过一万小时。白光1.ED的无汞化，易于回收，益于爱护环境.因此各国政府均大力扶持白光1.ED的发展.美国、欧盟等发达国家皆由政府成立专项，主动推行.目前，世界驾驭半导体技术的企业纷纷和老牌照明灯制造商联手,抢占这个将来最大的照明市场。最早应用半导体P-N结发光原理制成的1.ED光源问世于20世纪60年头初,当时所用的材料是GaASH发红光(p=65()nm),在驱动电流为20瓮安时,光通量只有千分之几个流明,相应的发光效率约0.1流明/瓦.70年头中期.引入元素In和N.使1.ED产生绿光(p=555nm)潢光(p=590nm)和橙光(AiIOnm),光效也提高到1流明/瓦.到了8()年头初,出现了GaIs的1.ED光源，使得红色1.ED的光效达到10流明/瓦。9()年头初，发红光、黄光的GaAllnP和发绿、蓝光的GaInN两种新材料的开发胜利，使1.ED的光效得到大幅度的提嬴在20年.前者做成的1.ED在红、橙区(l>=615nm)的光效达到100流明/瓦,而后者制成的1.ED在绿色区域(Xp=530nm)的光效可以达到50流明/瓦.2 1.ED相关学问这里，先谈谈一些及1.ED有关的概念性问题。2.1 1.ED的一般表示»202极限参数(1)最大顺向电流IFM:允许通过1.ED的最大电流值.超过此值材料可能会被击穿、烧毁。<2)允许功率Pm:即发光二极管工作时加在管两端的电压及电流之最大枳.超过此值时，1.ED会被击穿，甚至烧毁。(3)最大反向电压VRM：管端所允许加的最大反向电压。超过此值，材料将被击穿损坏.2.3 光谱图、峰波长和主波长任何物体所发光并非为单一光，我们将各光色之波长及发光强度间的对应关系称为光谱图（如上）,峰波长即为全部光色中光强燃大之波长值p全部的颜色都可以看成是某一光谱色按肯定比例及参考光源混合而成，这种光谱色即为主波长,它实际相当于人眼视察到的颜色的色调.2.4 纯度顾名思义，即各种光色波长接近主波长的程度.颜色的纯度及人眼视察到的颜色饱和度基本一至。2。5光能、辐射通量和光通光能是通量对时间的枳分，以辐射的形势放射和传播，用Q表示.单位Ims,而以辐射的形势放射、传播的接收的能量Q除以无穷小时间的商叫辐射通量，用c表示,单位为W,即edQ,'dt假如在单位时间t内放射,传播或接收的辐射能不随时间变更，则上式可简化为e=Qdt而对可见光,光源表而放射、传播和接收的全部可见光谱光能可被无穷小时间间隔来除，则将之定义为光通量eV,r=dQ.,dt假如在时间t内冷位时间放射、传播或接收的光能不变，则上式也可简化为v=Qt即可.通俗理解为光通量便是堆位时间内光源向外界所辐射的能量.光通量的单位是lm«2o6发光强度发光强度表示可见光在给定方向上雎位立体角元d内总的光通量，即Iv=dvd发光强度的单位是坎儒拉（cd）。3蓝光1.ED芯片的制作3.1制作原理发光二极管（1.ED）是由化合物半导体材料制作而成.超高纯度化合物半导体材料是一种单晶体，由元素周期表中的第川和V族元素组合而成,如GaAs、GaNjnGaN、AlInGaN等我们常说的：.四元芯片.其生长过程首先是将蓝宝石衬底放入昂贵的有机化学汽相沉积炉（简写MOCVD.乂称外延炉），再通入含氮、绿、钢的高纯气和有机金属源（如TMGa）。在高温下.高纯气和有机金属源热分解形成原子再通过化学汽相沉积在蓝宝石衬底上,生长出层厚度仅几微米（1品米=100O微米）的化合物半导体外延层。长有外延层的蓝宝石片也就是常称的外延片。外延片经芯片加工后，通电就能发出颜色很纯的单色光,如红色、黄色、蓝色或绿色.不同的材料、不同的生长条件以及不同的外延层结构都可以变更发光的颜色和亮度。其实，在几微米厚的外延层中，克正发光的也仅是其中的几百纳米1微米=KX）O纳米）厚的量子阱结构.制作如此细小的物质，其技术的难度、工艺的困难性可想而知。然而，由于用来制造氮化铁基蚯光发光二极管芯片（又称管芯，Chips）的晶外延片（简称晶片，Wafer）一般是在以蓝宝石（Sapphire,其主要成分是A12O3）作衬底材料外延生长而得到的,并且因蓝宝石历地坚硬且是绝缘的，这将导致赳化钱基蓝光发光二极管芯片的制作工艺必将不同丁红、黄光等一般发光二极管芯片的制造工艺。通常,发光二极管的整体制作工艺可分为:上游（即发光晶体外延片的制备）、中游（即芯片的制作，主要为切割）和卜.游（即芯片的检测封装）三个阶段。一般双接型芯片示意图如下：3。2MOVCD制作工艺简介MOCVD反应为一非平衡状态下成长机制，其原理为利用有机金局化学气相沉积法metal-organicchemica1vapordepositionMOCVD是一种利用气相反应物，或是前驱物precursor和川族的有机金属和V族的NH3,在基材substrate表面进行反应,传到基材衬底表面固态沉积物的制程MOCVD利用气相反应物间之化学反应将所需产物沉积在基材衬底表面的过程，蒸镀层的成长速率和性膜成分、品相会受到温度、压力、反应物种类、反应物浓度、反应时间、基材衬底种类、基材衬底表面性质等巨观因素影响。温度、压力、反应物浓度、反应物种类等重要的制程参数需经由热力学分析计算，再经修正即可得知。反应物扩散至基材衬底表面、表面化学反应、固态生成物沉积及气态产物的扩散脱离等微观的动力学过程对制程亦有不行忽视的影响MOCVD化学反应机构有反应气体在抽材衬底表面膜的扩散传输、反应气体及基材衬底的吸附、表面扩散、化学反应、固态生成物之成核及成长、气态生成物的脱附过程等，其中速率最慢者即为反应速率限制步骤，亦是确定沉枳膜组织型态及各种性质的关键所在.MoCVD对镀液成分、晶相等品质简洁限制，可在形态困难的基材衬底上形成匀称镀膜，结构密致，附着力良好之优点，因此MoCVD已经成为工业界主要的镀膜技术.MoeVD制程依用途不同，制程设备也有相异的构造和型态.整套系统大体可分为：（1）进料区，（2）反应室，（3）废气处理系统三个程序。4半导体发光原理依据固体Sc子理论,当馀子凝合成为固体（并不仅限晶体）时,由于原子间的相互作用,相应于孤立原子的每个能级加宽成间隔微小的分立能级的能带.能带之间隔若宽的禁带,孤立原子的两个分立能级，随着原了距离的缩小，各个简并的能级分裂成能带。当原子间距进一步缩小时，各个分立的能带将合并成一个能带.如原子间距进一步缩小,各个分立的能级所开成的各能带推动其特性.合并成一个能带。当原子间距接近其物质原子平衡距离时,这一能带再次分裂成为两个能带。两个能带之间的区域表示固体中的电子不能具有的能量，称之为禁带或带隙，通常用Eg表示。禁带上面的能带叫导带，下面的能带叫价带.下面，通过我们日常所见的硅，铸半导体来探讨同样适用丁发光二极管的一些特性.我们知道，物脑是由原子组成.原子聚集在一起时形成晶体。通常状况下，物明内相邻的原子分别京出1个价电子,以相互共有价电了的形式结合在起。现在，若是对这个晶体加上电凉、热.或是用光进行照罐等，则由于这些能量:的吸入，使得品体中的价电子可以脱离原子核的束缚成为自由电子，在晶体中自由地运动。由于带有负电荷的电子的逸出缘由，使价电子变成自由电子后留卜的空位，从电中性的状态变得带有正电荷.这个带有正电荷的空位称为空穴（holl）.空穴一旦产生，由于其带有正电荷.全部会吸引旁边的带有负电荷的价电子，而被吸引走的价电子用下的空位又形成其它新的空穴。这样的过程随时间依次连续地进行，可以认为好象空穴运栽若正的电荷,因此，由于自由电子运载负电荷，空穴运栽正电荷的原因，它们被称为我潦子。还有.电子的流淌称为电子潦,规定电流的方向和电子流的方向相反。我们知道，若从外部对半导体施加电压、热、光等能址，则其电阻将发生变更。同样，即使在半导体中混入极其做址的不纯物质，其电阻率也将发生很大的变更。因此，硅和错的结晶纯度必需嬴999999999999%（有12个9）.这样提纯后的半导体称为本征半导体，即在常温下若接受热能,则产生极少的数Ift相同的自由电子和空穴.面在加入其它效流了使电子空穴不成对出现时，便形成了非本征半导体。在硅和错的本征半导体结晶中，掺入千万分之到百万分之程度的某种确定的杂质后所得的半导体称为杂质半导体。杂质半导体.依据杂质原子的电子的个数,幽定掺杂后半导体的P、N性质。假如掺入的原子的外层电子数比原半导体材料的外层电子数少，则犹如拿掉了电子，因此留卜了带正电的空穴，称之为P型半导体，如四价原子硅晶体中掺入三价硼原子.简洁获得电子的原子称为受主,P型半导体由受主限制材料导电性.反过来，假如掺杂之后有多余的电子，称之为N型半导体。在四价原子硅晶体中掺入五价原子，例如磷或碑，就可形成N型半导体。易解放电子的原子称为施主，N型半导体由施主限制材料导电性。将电子添加到P型材料，则电子在遇到空穴后就可能掉到较低的能带上，放出能量及能隙相同的光子，其波长取决于发光材料的能隙大小。另外,依据杂质浓度，可以使电阻率变得比本征半导体低，即经过掺杂处理之后，半导体更简洁导电。4.1n型半导体的形成例如，在硅的本征半导体中，将极少量的悌作为杂质掺入，就形成n型半导体。即相对于硅的4个价电子，锦因为有5个价电子，所以有I个多余的价电子不能构成共价键。这个价电则就变成了自由电子，全部毂流子中及空穴相比带负电的自由电子的数珏变多，这样的半导体取negative的第一字母n,称为n型半导体。4.2p型半导体是如何形成的例如，在铸的本征半导体中，及n型半导体相比照,用3价的锢作为杂质掺入，就形成P型半导体.即相对于硅的4个价电子,钢因为有3个价电子,所以构成共价键还缺少一个价电子.这一缺少价电子之处就形成空穴，全部救流子中及自由电子相比带正电的空穴数员变多，这样的半导体取PO疝He的第一字母p，称为P型半导体。Pn结一旦形成，在交界面旁边P型区域的空穴向n型区域移动,而n型区域的电子向p型区域移动,这种状况及往水中滴入浓度高的墨水时,墨水渐渐地向四周水中扩散，最终完全及水混合的现软相像，称为扩散现象.在交界面旁边扩散的空穴及电子相遇更合消逝，结果导致在交界面的旁边形成没有载流子的区域,称这一区域为耗尽层。一旦发生这样的扩散，则在P型区域，当空穴中和消逝之后便产生负的电荷（负离子）;而在n型区域，当失去电子之后便产生正的电荷（正离子）。由于这些电荷产生了称为势垒的电位差,它会随着势垒的进一步增加而逐步阻挡栽潦子的进一步扩散，最终阻挡pn结整体的中和。4.3当Pn结加上反向电压时若P型区域接电源负极n型区域接电源正极，则p型区域的空穴被负极吸引.n型区域的电子被正极吸引。结果耗尽层增宽,势卒:也变高。因此，由于载流子不能移动而无电流通过。这样的施加电压方式称为反向电压VR;4.4当Pn结加上正向电压时的状况如上图所示，若P型区域接电源正极，n型区域接电源负极，则耗尽层变薄,并且势垒也变低.结果，穿越交界面，P型区域的空穴向n型区域移动，n型区域的电子向P型区域移动。因此,发生了载流子的移动而使电流流通。当然,当所加电压不能足够的刻服内电场时，电子仍不能穿透势垒区，此时，二极体仍不导电.刚好导电时的电压值我们称之为门楼电压VH.这样的施加电压方式称为正向电压，流过的电潦称为正向电流。其V-I曲线如图所示.4.5pn结型二极管的特性从述说中我们不难发觉:依据时二极管所施加电压极性的不同，二极管中可以有电流通过或无电流通过,即二极管具有单向导电的整流作用。当反向电压不断增大时,就会发生在某点电流突然起先流通.并显著用加的现象,这种现象称为击穿现象，电潦突然起先激增时的电压值称为击穿电压或齐纳电压。击穿分为两种，电击穿和热击穿.电击穿能被还原，热击穿不能被还原电击穿又分为齐纳击穿和笛崩击穿.雪崩击穿则是在击穿电压高（一般6伏以上）的状况下，电粒子浓度低时，PN结宽，在晶体中运动的电子和空六将不断地及晶体原子发生碰撞，当电子和空穴的能fit足够大时，通过这样的碰撞的可使共价键中的电了激发形成向由电T-空穴对.在反向强电场作用F,新产生的电子和空穴重新获得较大能量，并向相反的方向高速运动，从而又可通过碰撞，再产生电子-空穴对，这就是我流子的倍增效应。当反向电压增大到某一数值后，我流子的倍增状况就像在陡峻的积雪山坡上发生雪崩一样，载潦子增加得多而快，使反向电流急剧蝌大，于是IN结就发生雪崩击穿.齐纳击穿是指在加有较高的反向电压下，PN结空间电荷区中存一个强电场，它能够破坏共价键符束缚电子分别出来造成电子-空穴对，形成较大的反向电流。发生齐纳击穿须要的电场强度约为2×10Vcn,这只有在杂质浓度特殊大的PN结中才能达到，因为杂质浓度大,空间电荷区内电荷密度（即杂质离子）也大，因而空间电荷区很窄（即PN结很窄），电场强度可能很高。一般掺杂浓度低时电击穿中多数是雪崩击穿造成的。齐纳击穿多数出现在特殊的二极管中，如稳压管（齐纳二极管）.雪崩击穿和齐纳击穿两种电击穿过程是可逆的，当加在稳压管两端的反向电压降低后，管了仍可以复原原来的状态。但它有一个前提条件，就是反向电流和反向电压的乘枳不超过PN结容许的耗散功率，超过了就会因为热量散不出去而使PN结温度上升，直到过热而烧毁，这种现象就是热击穿.所以热击穿和电击穿的概念是不同的，热击穿是必需尽量避开。4o6发光本质光电技术的理论基础是光的波粒二象性。它的本质是一种物质，但它还具有粒子性。光是以电磁波的方式传播的一种粒子,我们称之为光电子或者光子。一个光子的能量和动量分别为E=hvP=hvc其中，h=6626lc-34js,为普朗克常数：V为光的频率，单位Hz：C=3。0c+8ms,为光在真空中的传播速度.光子静止时的质量为0.半导体器件中最重要的光电子相互作用是能带间的跃迁.在光子汲取的过程中，一个光子把价带中的一个电子散射到导带内：在相反过程中,导带电子同价带一个空穴复合而产生个光子。电子在跃迁过程中，不但满意能显守恒,还满意动量守恒。以系统在光电转换过程中，光子和电子之间的相互作用有三个基本过程:汲取，自发汲取和受激放射。当个能显hv=E2-El（h：普朗克常数v为光子频率，EI为原子末态能量，E2为原子初态能量）的光子射入到某个系统中时,一个处于低能态El的粒子就要汲取这个光子，跃迁到高能态E2,此过程即汲取过程（如卜.图A示）。粒子的高能态是不稳定的，在一段时间内假如没有外界激发，它又自动回到低能态El.并放射出一个能量hv的光子，此过程为自发发身过程(如卜.图B示).在能量hv的光子作用卜.，已处于高能态E2的粒子将受到激发.跃迁回到低能态El并放射出一个能量hv的光子(如下图C示)。在自发放射过程中，产生的光子在传播方向.相位和仿振上是随机的，彼此无关，放射光为非相干光。半导体发光二极管便是此道理发光。在受激放射过程中，产生的光子和入射光子具有相同的频率、传播方向、偏振状态和相位，即入射光得到放大,出射光为相干光,半导体激光器便是用此原理制成“光探测器和太阳电池则是利用光的汲取过程.E1.!-.ElE1.EI-.I)A、汲取B、自发放射F?R2hv_k2hvElElC、受激放射、)在发光二极管中，当有正向电流流经半导体P-N结晶，在活性层注入的电子和空穴产生辐射再结合的过程而发光。通常在无关闭时为使电流变窄采纳双异质(DH)接合的结构或量子阱(QW)的结构4。7发光效率一般1.ED的发光效率是由下式3个独立效率因子的乘积表示的:ywp=yvyij,ext(1)其中,ywp为输出对输入的效率yv为电压效率yi为内部量子效率yext为光输出到外部的效率品格缺陷时发光效率的徵响有关1.ED的基本运作原理，详细而言是电流联时钟方向通过半导体pn（空穴及电子）接合面时，空穴及电子会注入纳米级机度的活性层（亦称为发光层）,进而因辅时再结合过程（process）产生发光现象.利用混品（亦称化合物为半导体）InGaN产生高亮度蓝光或是绿光的1.ED虽然已经进入商品化，可是有关发光机制传统的半导体物理学理论，却无法详细说明因缘由而屡遭质疑。其实不论是1.ED或是半导体激光1.D等发光组件（device）,通常都具有以上的晶格缺陷，晶格缺陷会阻碍发光，形成所谓的！发光杀手中心，最终导致发光效率降低等问题5当前白光1.ED的实现和难题对于一般照明而言，人们更须要白色的光源。1998年发白光的1.ED开发胜利。这种1.ED是将GaN芯片和纪体丁榴公（即我们通常所说的荧光粉YAG）封装在一起做成.GaN芯片发蓝光（p=465nm.Wd=30nm）,高温烧结制成的含Ce3+的YAG荧光粉受此篮光激发后发出黄色光，峰值550nm,就光1.ED基片安装在碗形反射腔中，耀盖以混有YAG的树脂薄层，约2OO-5OOnm°1.ED基片发出的蓝光部分被荧光粉汲取.另一部分蓝光及荧光粉发出的黄光混合,可以得到得白光。白光1.ED是一种半导体组件，但和一般1.ED不同的地方是，因为单一1.ED发光的光谱很窄，所以它本身无法干脆发出白光，需靠不同颜色光混合，例如蓝色及黄色光混合、或红色、蓝色、绿色混合（亦即我们常说的R、G,B配对）.从基板来分，目前主要有两种派别：派以日本大厂NiChia的SaPPhire为生,另派以美国大厂Cree的SiC基板为首。在生产技术方面则可分为三大类:第种为PhosphorConverted-1.EDapproach：单颗1.ED搭配萤光粉将其激发后混合成白光。其次种为运用红、蓝、绿三颗1.EDT脆混合出白光，不需搭配萤光粉楙为multi-chip1.ED叩ProaCh。第三种较为特殊，为日商SUmitom。所研发之ZnSe基板搭配蓝光1.ED,无须运用萤光粉便可干脆发出白光。单晶搭配萤光粉技术目前主流有两大类：（1）及蓝光互补之波长555nm黄光，利用透镜原理混合可得出白光。（2）运用紫外光1.ED搭配RGB萤光粉：利用波长375nm之紫外光1.ED激发RGB萤光粉使其混合成I光。InGaNZYAG1.ED成品示意图InGaNZYAG内部解析图当今一般白光1.ED实现工艺如下表所示：形式激发方式发光材料及荧光体发光原理单晶型蓝色芯片InGaNZYAG运用蓝光激发荧光体近紫外光、紫外光芯片InGaNZRGBInGaNZOYBG及荧光灯一样，利用紫外,紫外光激发荧光体多晶型R、G、B三色芯片InGaNAIInGaP.AIGaAs将三色1.ED封装于同基板上1.ED芯片（；AM）E: 1.ED芯片发蓝光F: YAG荧光粉发收光目前市场主流为Nichia所发展出的蓝光1.ED+YAG,即上面所说1.ED基片发出的蓝光部分被荧光粉汲取,另部分蓝光及荧光粉发出的黄光混合后得到白光的方法。之所以采纳这种方法,是因为这样得到的白光匀称稳定,更接近自然日光.而红绿蓝三基色合成白光会因为其中某芯片的衰诚或高度限制不当而造成白光不纯。W1.ED的Xy色坐标为(O33,Oo33)旁边(不同国家的区域，人们对白光的感知会略有不同。比如东亚会比较认可偏黄的白光为标准白光,即纵坐标为0.33至0。38区域内，而西方会更认可偏蓝白光，即横坐标偏低部分)。依据相关色温公式(MCCamy,1992)：T=-437nl+360Ii-6861n+5514,31n=(x-0.3320)/(y0.1858)可知(0.33,0,33)标准白光其色温为56I0K。调整荧光粉的化学组成或枚盖厚度，可调整色温在5(XX)-2(XMX)K间变更。色温是一种物理现象,即把金属加热到肯定温度时，就星现出有颜色的可见光.这种光随着温度的上升而变更，这种光源的温度就叫该光源的色其实色温，事实上指光源的光谱成分。依据开尔文的“黑体理论”，任何一个黑体，当它受到肯定的温度时会发热，温度够高，所汲取的热量会以光的形势择放出来。假如某一纯黑物体,能够将落在其上的全部热量汲取，而没有损失，同时又能够将热量生成的能量全部以"光''的形式拜放出来的话，它便会因受到热力的凹凸而变成不同的颜色。当黑体受到的热力使它能够放出光谱中的全部可见光波时，它就变成白色。生活中全部的固体发热就都是这番道理，如铐丝发光.随着四周环境的不同,光源中色光的比例也在变更，也就是光源的光谱成分在变更.假如光谱成分中短波光线所占的比例增加,长波光线所占比例削减，光就偏蓝,色温就上升;反之,光谱成分中长波比例增加,短波光线所占比例削减，光就便红.色温就低。因此.色温的凹凸，只是意味着光源中所含的红、蓝光的比例不同。色温用开尔文度(K)表示。紫外光搭配RGB三色萤光粉则是另种有希望成为将来照明市场主流的作法。除了拥有极佳的演色性外，最让业界期的的是能减低颜色不均现象。由于蓝光1.ED会有波长分布不均问题(例犹如是蓝光，紫蓝和水蓝波长会相隔5nm以上)，使得蓝紫色会及黄色混合、或蓝绿色及黄色混合。但紫外光为不行见光,即使波长偏离人眼也无法察觉。目前紫外光之白光1.ED面临的问题仍有发光效率不佳、封装材料受紫外光照耀易发生老化亟待克服。11前全部的1.ED大厂皆着手持续提升1.ED发光效率,若能达到室内照明60ImAV以上、室外照明100hn/W以上，加上价格滑落至现有灯泡十倍价位以下时，将有机会渐渐取代现有之照明设备.提高发光效率有两种大方向:一是改善1.ED结构，二是改良封装技术,包含改良萤光粉和涂抹技术.改善1.ED结构的部分,着重丁让1.ED的光线能无损耗的取出.在这方面的探讨和改善,业界可谓伤透脑筋有将基板由原先的汲取材侦改为全反射材质，将周壁爱护层改为全透亮或向上全反射.还有目前较为流行的覆晶封装技术(FliPehiPPaCkage)。就是利用晶粒的倒转使Sapphire基板朝上,因此两个BondingPadS便不会遮光，加上底部的反射层的助益，使得亮度可以提升至非覆晶封装型的1。5-2倍左右。在高电流卜.长时间操作，如何散热也是一个必需克服之难题。目前最被广泛运用的封装材料为环氧树脂,由于1.ED发光时并非100%将电能转换成光，仍有部分热能被择放。但环轨树脂的耐温性不佳，当超过I80C时筒洁劣化，使1.ED输出光线哀减。第国大厂OSram曾为其高功率产品(GoIdcnDmgonJ如何有效散热困扰许久，于2002年发表新尘散热结构，藉由加入导热管设计及将介电层改良为导热良好之结构，有效解决散热问题。由于紫外光1.ED将来很有机会成为白光1.ED的主流，紫外光易使环氧树脂变质也是另一个令人头痛的问题。虽然Nichia对此产品曾运用金屈封装代替环氧树脂封装，但是成本过高将阻碍其大地商业化。综言之，开发萤光粉材料及涂抹技术、找寻耐高温、抗紫外光之新封装材料、改良封装结构为当前1.ED发展的当务之急。6（白光）1.ED的制程工艺以上为我对发光二极管，白光发光二极管的一点浅显了解，在许多方面的了解太过面片，也有更多的错误和不足，殷切的希里各位老师指贡指正。下面，我便就近期我于公司的实习谈一点发光二极管的制造及工艺。1.ED产品过程须要经过点胶,固晶、烘烤、焊级,封装、切割、检测等十余道工序,而1.ED芯片体主动小,是以微米级计算的，大体在8um-14um,因此在生产过程中必需特别当心。以下便对上述潦程作相应之重点分述，就我目前所知略微淡一下1.ED,特殊是白光1.ED在其制程中的一些细微环节即留意状况.6»1点银浆当前的1.ED生产，运用的芯片黏接剂多是银浆。它是由导电性能良好的金属银的微粒及导电树脂、粘着剂和溶剂所组成的混合物。这种黏接剂是导电的，因此点胶时对胶量多少致关至要，量少可能粘接不牢.他太多则可能造成PN结短路而使产品成为废品，也可能使PN结之间电子迁移数用削减造成亮度降低，或出现反向电流增大（即我们常说的IR不良）,造成1.ED牢靠性下降.黏接剂的多少还影响到芯片在支架上位置的凹凸，芯片在架上的位置受黏接剂的多少影响，黏接剂适中，这时支架碗而聚光效果就好，黏接剂过多，使芯片位置向上，支架碗面聚光效果明显受到影响。特殊是随着现在电子产品向着微型化的发展，对1.ED的大小也提出了更为严格的要求。6. 2固晶固晶般有两种形式，为手工，二为现代机台作业.手工作业目前业界基本没及采纳。因为手工夹取晶粒时,极可能伤及芯片。央的力气稍有过大便可能损伤芯片的半导体导电层,干脆效果是减小发光面积，影响发光亮度。还有像做蓝白青光双接垫材料时，还要严格把控晶粒方向。机台作业在以上方面有较大优势。固品机台其主要工作器具为顶针及吸喘。顶针从晶粒下方将材料顶起,同时吸嘴协作利用其空将其吸取并巴于目的支架。顶针高度不能太海，否则会顶翻芯片；吸嘴取晶时压力也不能太大，太大会对芯片造成损伤。6.3焊线焊线时压力的大小也是非常玳要的，压力过小可以导致焊线不牢,压力过大则也可能伤及芯片。在这里还有一个玳要的问题，即库线时间的长短，也就是说运用焊线机打线的时间限制。焊线时间过长，我们一般称打线晚，就可能造成焊点过大（有些机台采纳拉力及夹力相结合将线扯断，太晚会造成线尾过长,短接PN结，也会影响发光亮度）.由右焊接面在芯片上方.焊点所占面积的大小干脆影响到发光面积的大小，也就是说焊接而越大,发光面越小，发光强度就影响越大.6«»4封装封装工序须要选用质量好的灌封材料，这种材料应具备以下特点：（1）不含有机溶剂、低气味、低毒、运用平安卫生：（2）黏度低，可自然解除气泡（不过最好还是置于抽真空机三到五分钟的抽真空，特殊对于白光1.ED,其荧光粉也要在运用前进行次抽真空），运用简便：（3）固化速度快，粘接性强，般常温固化速度大于1h,小于24h：（4）固化物坚硬，色浅透亮，高光泽,无泛白现象，透光率大于95%：（5）电气绝缘性能好，耐压高，一股体积电阻大于4XlOloQ,击穿电压大于1OMV。封装时支架插入模条深度不同会产生不同的发光效果.发光二极管射出的光为发散光,封装越深，依据光的折射原理（封装胶体相当于一个凸透镜）,则发散角度越大.当封装适中时（即胶体弧度焦点旁边），射出的光为近似平行光。当封装较浅时,放大率减小。白光1.ED的主体制作潦程和一般光色的流程一样，也主要如上.不过，因为当前白光主要为蓝光芯片InGaN/GaN通过YAG荧光粉实现，而InGaNZGaN白身在抗静电实力方面的缺陷,故白光1.ED在生产过程中，耍时时做好防静电措施，包括人体静电。7、白光1.ED的发展前景白色1.ED作为第四代光源将在21世纪替代白炽灯和荧光灯,这已引起世界各国的重视。1998年日本开发实施国家的“21世纪照明安排(高效电光变换的化合物半导体开发设计)”；目前已投资50亿日元，2000年已年产白色1.EDl亿只，目前正在实施使白色1.ED光效达80-100ImAV的开发安排。美国在2(X)0年4月召开了“1.ED发展战略研讨会”,目前美国试脸室有色1.ED的光效达I(X)ImAV,白色1.ED的光效达40-50hnAV的水平.世界各大照明公司及半导体公司合资开发白色1.ED.如美国GE及EMCORE合作成立GEIxore公司,i国西门子及欧司朗两公司成立合资公司等，并指出假如西方不开发自己的白色1.ED的技术，远东竞争者就会在1.ED领域占优势，冲击传统照明光源。而日本从2001年起先实施使日本国成为固体照明先进的安排,并预料到2010年白色1.ED在照明市场普及率将达13%。参考文献1CCD应用技术王庆有天津商校出版社2000年第一-版2现代物理学及高新技术讲座*王存达31.ED结构生长原理以及MOCVD外延系统的介绍叶国光普光科技41.ED生流遨程中的量限制3.徐建荣山西省庭子度品检验所2004.25 G白色1.ED的开发和利用王尔镇王百风华东电子集团2002.56 £白光1.ED的纳米结构限制技术3高弘毅74电工及工业电子学3王相2004.68 £白光发光二极管的制釜技术及主要特性¥中科院长春探讨所蒋大册赵成久9 4白光1.ED现状和问题?苍乐电子刘行仁黄的森等厦门高校林秀华10 4环氧树膈而1.ED性能的影响佛山光电器材公司李绪锋11 «：高亮度发光二极管及其在照明领域中的应用更旦高校宋赞杰唐其非等12发光二极管及其芯片探讨和生产进展厦门高校林秀华13<Gas汲取衬