LED的晶片制程LED晶片芯片制程與教程共27頁，您現在瀏覽的是第1頁!張鵬Q：7161150LED的主要制程可以分為三個階段:前段、中段、后段（也稱：上游、中游、下游。專業術語為：材料生長、芯片制作、器件封裝）原料開始多晶半導體單晶成長晶圓(基板)磊晶生長晶片制作晶粒制作封裝

上游

中游

下游Ga/As原料合成蒸餾還原，形成GaAs多晶以各種長晶法(如柴氏長晶法),成長GaAs單晶棒(ingot)固晶、焊線、封膠、分光、TYPING等將單晶棒鋸切成片狀晶圓,并加以拋光處理將磊晶晶圓減薄到期望厚度(一般基板減至220~250μm,藍寶石基板為80μm),并切成晶粒.以各種磊晶技術(如MOCVD),將LED結構成長在晶圓上利用金屬化制程,蝕刻制程和微影制程,制作電極圖案LED晶片芯片制程與教程共27頁，您現在瀏覽的是第2頁!張鵬Q：7161150基座基座基座晶粒固晶焊線封裝基座(Diffusion)LED晶片芯片制程與教程共27頁，您現在瀏覽的是第3頁!張鵬Q：7161150半導體的特性1.晶格(lattice)

原子在晶體中周期性的排列稱為晶格,而晶格所含之排列周期性的的空間稱為單胞(unitcell)也叫晶胞.

晶格決定了晶體的材料性質,也決定光電特性.

固體材料依其結晶性,可分為三種:①非晶(amophous)②多晶(poly-crystalline)③單晶(singlecrystal).①非晶②多晶③單晶LED晶片芯片制程與教程共27頁，您現在瀏覽的是第4頁!張鵬Q：71611504.光電導體的二個重要參數

a.能隙eV能隙,導電能力

b.晶格常數?

晶格共價半徑?,導電能力

3.能隙(EnergyGap或BandGap)

導電帶與價電帶之間的差量,稱為能隙.5.晶格匹配

a.光電導體,由二層以上半導體材料堆疊在半導體基板而形成,堆疊在基板上的半導體材料為磊晶層.

b.磊晶層與基板晶格常數相同或接近稱謂為晶格匹配,反之為晶格差配.價電帶

Eg~1-3eV導電帶磊晶層基板磊晶層基板a.晶格匹配b.晶格差配LED晶片芯片制程與教程共27頁，您現在瀏覽的是第5頁!張鵬Q：7161150單晶成長①柴可拉斯基液封式長晶法(LEC)LED晶片芯片制程與教程共27頁，您現在瀏覽的是第6頁!張鵬Q：7161150③垂直梯度冷卻式長晶法(VGF)

LED晶片芯片制程與教程共27頁，您現在瀏覽的是第7頁!張鵬Q：7161150磊晶磊晶在半導體的應用,指在某一晶格上成長另一完整排列的晶格,其系統主要包含4部份。材料供應系統加熱系統真空系統氣體供應系統和成長反應腔目前常見的磊晶技術：

a:液相磊晶法LPEb:氣相磊晶法VPEc:有機金屬化學氣相沉漬法MOCVDd:分子束磊晶法MBELED晶片芯片制程與教程共27頁，您現在瀏覽的是第8頁!張鵬Q：7161150材料顏色波長發光效率1M/W量子效率%磊晶法元件形成備注AlGaInP紅6363524MOCVDDH

AlGaAs紅650816LPEDH

AlGaInP琥珀5904010MOCVDDH

InGaN蘭色4701011MOCVDMQW

InGaN綠色5203410MOCVDMQW

InGaNUB37207.5MOCVDDH

InGaN琥珀590143.5MOCVDMQW

ZnSO蘭色512175.3MBEDH

GaP:Zn.0紅色65045LPESH

GAP:N黃綠5651.80.3LPESH

GaAsP:N黃59010.3VPESH

SiC蘭色4700.020.02CVDSH

LED晶片芯片制程與教程共27頁，您現在瀏覽的是第9頁!張鵬Q：7161150微影制程(光罩,蝕刻)㈠投影曝光法㈡光罩

㈢光阻(正,負光阻法)基板光源(汞弧光燈)光阻鍍著在玻璃上的金屬膜圖案光罩基板基板負光阻法正光阻法LED晶片芯片制程與教程共27頁，您現在瀏覽的是第10頁!張鵬Q：7161150影響LED發光效率因素很多，其中包括材料品質、元件結構和制程等，其定義為量子效率。㈠內部量子效率要優化條件，方可得到最大內部量子效率㈡外部量子效率影響外部量子效率的因素有三種；

a：費萊斯涅樂損失（FRESNLLOSS）

LED所發身的光子必需由半導體進入空氣，因此光子必須傳輸穿越二者之間的界面，其中一部分光會透射進入空氣，一部份光被反射回半導體。

b：臨界角損失考慮光子傾斜入射界面情形，即折射。

c：內部吸收當LED內部電子和電洞復合而放射光子，待一部分進入空氣，一部分被半導體材料吸收。發光效率LED晶片芯片制程與教程共27頁，您現在瀏覽的是第11頁!張鵬Q：7161150GaP/GaAsP系LEDP-Gap:Zn,0N-GaP:TeN-GaP:S基板PNGaP680nm紅光(液相磊晶LPE磊晶)GaP570nm黃綠光(液相磊晶LPE磊晶)P-Gap:Zn.NN-GaP:S.NN-GaP：S基板PNn-GaAsPn-GaAsp

GaAsP組成想漸變層GaP基板PNGaAsP系LED,以氣相磊晶技術VPE磊晶585nm黃光630nm橘光③650nm紅光LED晶片芯片制程與教程共27頁，您現在瀏覽的是第12頁!張鵬Q：7161150ALInGaP系LED

此系列包括560nm綠光,590nm琥珀光,625nm橘紅光,以MOCVD磊晶技術成長P-GaP：Mgn-AlInGaP:SiAlGaAs/GaAsDBRGaAs基板AlInGaP/InGaPMQWP-AlInGaP:Mg布拉格反射鏡(DistributedBragReflector,DBR)多重量子井(Multiple-QuantumWell,MQW)備注:改變活性層中(AlXIn1-X)0.5Ga0.5P的X值,就可以改變LED的發光波長,當X值愈大時發光波長愈短,其中0≤X≤1,而且當X值≥0.65時,就變成了間接半導體.LED晶片芯片制程與教程共27頁，您現在瀏覽的是第13頁!張鵬Q：7161150白光發光LED壽命長由電較換為光的效率高、耗量少體積小兼具省電和環保概念

白熾燈泡白光燈白光LED色溫（K）2500~30003000~100003000~10000以UV為激發源回應時間＜120MS＜60MS＜0.001MS發光現象熱發光氣體發光冷發光壽命約1000HR約6000HR約10萬HR耗用量1省電50%省電約90%缺點高耗電、命短、易碎易碎、汞污染價格高,技術未成熟耐振動及低中高LED晶片芯片制程與教程共27頁，您現在瀏覽的是第14頁!張鵬Q：7161150各種白光技術三優缺點比較

產生方式優點缺點多晶型紅、綠、蘭三色LED高發光效率,光色可調須三種晶片,各晶片需有個別電路,衰減及壽命不同,成本高單晶型蘭色LED配合黃色熒光粉單一晶片即可發白光,成本低,制作簡單發光效率低,演色性差,不同輸出電流使光色改變,容易有光色不均勻之月暈現象蘭色LED配合紅色及綠色熒光粉光譜為三波長分布,演色性較高,光色及色溫可調光色隨電流而改變可能有月暈現象,但較不明顯UV-LED配合紅、綠、蘭三色熒光粉高演色性,光色及色溫可調,使用高效率熒光粉提先發光效率,光色不均不隨電流變化粉體混合數為因難，高效率粉體不易尋找蘭色LED配合黃色熒光粉（釔鋁石榴石結構），目前一般使用此方法。蘭色LED配合紅、綠色熒光粉（主要以含硫在熒光粉），OSRAM、Luminleds專利，沿未商品化。UV-LED配合紅、綠、蘭三色熒光粉，產生光顯似日光燈，是未來主力。LED晶片芯片制程與教程共27頁，您現在瀏覽的是第15頁!張鵬Q：71611502.晶體結構①閃鋅礦結構為立方晶系,如砷化鎵(GaAs)②纖維鋅礦結構為立方晶系,有二個晶格常數(a,b),如氮化鎵(GaN)LED晶片芯片制程與教程共27頁，您現在瀏覽的是第16頁!張鵬Q：7161150半導體材料1.半導體材料的分類;

依構成的元素可分為:①元素半導體如:硅(Si)②化合物半導體化合物半導體又可分成:①四-四族化合物如:碳化硅(SiC)②三-五族化合物如:砷化鎵(GaAs)③二-六族化合物如:硒化鋅(ZnSe)④四-六族化合物如:硫化鉛(PbS)

若依構成元素的數量分,化合物半導體也可分成為:①二元化合物半導體如:砷化鎵(GaAs)②三元化合物半導體如:砷化鋁鎵(AlGaAs)③四元化合物半導體如:磷砷化銦鎵(InGaAsP)

周期IIIIIIVVVI2

硼B碳C氮N氧O3鎂Mg鋁A1矽Si磷P硫S4鋅Zn鎵Ga鍺Ge砷As硒Se5鎘Cd銦IN錫Sn銻Sb碲Te6汞Hg

鉛Pb鈊Bi

LED晶片芯片制程與教程共27頁，您現在瀏覽的是第17頁!張鵬Q：7161150②布吉曼水平式長晶法(HB)

LED晶片芯片制程與教程共27頁，您現在瀏覽的是第18頁!張鵬Q：7161150好差好尺寸可增加性劣差好均勻性高中等低應用高少非常少晶片缺陷LECHBVGF

三種長晶法的對比LED晶片芯片制程與教程共27頁，您現在瀏覽的是第19頁!張鵬Q：7161150

LPEVPEMOCVDMBE真空(TORR)76076010ˉ2≤10ˉ9成長低貴昂貴昂貴成長速率快快慢很慢磊晶品質很好好很好很好表面形成佳佳佳佳實用性差差佳佳生產品GaPGaAsINGaPGap.GaN厚膜>10μmAIGaInP

INGaAsPGaNAIGaAsINGaAsAIGaSb制程傾斜冷卻成長法①三氯化物氣相磊晶法熱分解反應磊晶技術超高真空下,以蒸餾用分子束形式磊晶②氫化物氣相磊晶法LED晶片芯片制程與教程共27頁，您現在瀏覽的是第20頁!張鵬Q：7161150金屬化制程①熱阻式蒸鍍用于取低溶點的金屬,如鋁(AL)、金(AU)、鎳（NI）②電子槍蒸鍍(右圖)

目前LED制程最普遍使用③電漿濺鍍(PLasma)

廣泛應用于半導體制程晶片電極制作電子束產生器金屬蒸氣金屬晶圓電子束坩鍋大電流抽真空LED晶片芯片制程與教程共27頁，您現在瀏覽的是第21頁!張鵬Q：7161150研磨制程

半導體基板或晶圓厚度為350~430UM，為方便切割及減少串聯電阻，需磨到220~250UM（一般）或85UM（藝寶石），有二種方式

1.研磨法

2.切割法切割制程

a.輪刀式切割法電極冷卻水輪刀電極鉆石上視圖b.鑽石式切割法電極c.雷射式切割法雷射光束LED晶片芯片制程與教程共27頁，您現在瀏覽的是第22頁!張鵬Q：7161150目前常見之LED大約可歸納為4種①GaP/GaAsP系LED(Gap:紅680nm、黃綠575nmGaAsP:黃光585nm、630橘光、650紅光)②ALGaAs系LED(紅660nm)③ALINGaP系LED(綠光560nm、琥珀光590nm、橘紅光625nm)④GaN系LED(紫光400nm、藍光470nm、綠光525nm)可見發光二極管LED晶片芯片制程與教程共27頁，您現在瀏覽的是第23頁!張鵬Q：7161150AlGaAs系LED按結構分為(a)單異質結構SH、(b)雙異質結構DH和(c)雙行雙異質結構DDHn-ALGaAsp-AlGaAsp-GaAs基板NP(a)單異質結構SHn-AlGaAs局限層n-GaAsp

AlGaAs活性層p-AlGaAs局限層p-GaAs基板NP(b)雙異質結構DHAlGaAs活性層n-GaAspn-AlGaAs局限層n-AlAs蝕刻層n-GaAs基板p-