關(guān)于led芯片制造工藝的探討

1、<p>　　關(guān)于LED芯片制造工藝的探討</p><p>　　摘要：當(dāng)前大力暢導(dǎo)環(huán)保、節(jié)能，發(fā)展綠色照明設(shè)備，LED芯片制造工藝已成為未來的電子原器件發(fā)展的重要趨勢。近年來LED以其熱量低、亮度高、壽命長、零污染、可回收等無可比擬的優(yōu)點，成為全球矚目的新一代綠色光源，具有廣闊的發(fā)展前景。文章首先介紹了LED芯片的制作工藝流程、制作方案，對當(dāng)前國內(nèi)LED芯片的主流制造工藝技術(shù)進(jìn)行探討。 </p>

2、;<p>　　關(guān)鍵詞：LED芯片；制造工藝；技術(shù)探討 </p><p>　　中圖分類號： TM543 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A </p><p><b>　　一、引言 </b></p><p>　　LED是發(fā)光二極體( Light Emitting Diode, LED)的簡稱，也被稱作發(fā)光二極管，由美國無線電公司（Radio Corpo

3、ration of America）Rubin Braunstein發(fā)現(xiàn)。其發(fā)光原理是電子與空穴之間，通過加壓，電子從一個空穴跳到另一個空穴，而另外一個空穴所能承受的能量比較少，多的那部分能量就以光的形勢出來了專業(yè)點說的話，就是能量躍遷原理，電子從高能級跳到了低能級，把多余的能量以光的形式發(fā)出來。 </p><p>　　圖 1能級躍遷——復(fù)合模型 </p><p>　　隨著國際社會對環(huán)保、

4、節(jié)能的大力暢導(dǎo)，發(fā)展綠色照明設(shè)備，已經(jīng)成為未來的電子原器件發(fā)展的重要趨勢。LED以其熱量低、亮度高、壽命長、零污染、可回收等無可比擬的優(yōu)點，已經(jīng)成為全球矚目的新一代光源，LED光源也被稱為最有發(fā)展前景的綠色光源。因此，加強LED芯片制造工藝的探討具有重要意義。 </p><p>　　二、LED芯片工藝技術(shù)方案 </p><p>　　1. 外延生長工藝 </p><p&g

5、t;　　在單晶襯底（基片）上生長一層有一定要求的、與襯底晶向相同的單晶層，猶如原來的晶體向外延伸了一段，故稱外延生長。 </p><p>　　圖2 外延生長工藝設(shè)備示意圖 </p><p>　　為了克服外延工藝中的某些缺點，外延生長工藝已有很多新的進(jìn)展。①減壓外延：自摻雜現(xiàn)象是使用鹵素化合物作源的外延過程中難以避免的現(xiàn)象，即從基片背面、加熱體表面以及從前片向后片，都會有摻雜劑遷移到氣相而再

6、進(jìn)入到外延層。自摻雜使外延層雜質(zhì)濃度不均勻。若將反應(yīng)管中的壓力降到約 160托,即可有效地減少自摻雜。②低溫外延:為得到襯底與薄外延層之間的突變結(jié),需要降低生長溫度,以減少基片中的雜質(zhì)向外延層的自擴(kuò)散。采用He-SiH4分解、SiH2Cl2熱分解以及濺射等方法都可明顯降低溫度。③選擇外延：用于制備某些特殊器件，襯底上有掩模并在一定區(qū)域開有窗口，單晶層只在開窗口的區(qū)域生長，而留有掩模的區(qū)域不再生長外延層。④液相外延：將生長外延層的原料在溶

7、劑中溶解成飽和溶液。當(dāng)溶液與襯底溫度相同時，將溶液覆蓋在襯底上，緩慢降溫，溶質(zhì)按基片晶向析出單晶。這種方法常用于外延生長砷化鎵等材料。⑤異質(zhì)外延：襯底與外延層不是同一種物質(zhì)，但晶格和熱膨脹系數(shù)比較匹配。這樣就能在一個襯底上外延生長出不同的晶膜，如在藍(lán)寶石或尖晶石襯底上外延生長硅單晶。⑥分子束外延：這是一種最新的晶體生長技術(shù)（圖2）。將襯底置于超高真空腔中，將需</p><p>　　2. 芯片加工工藝 </p

8、><p>　　清洗1：對Wafer進(jìn)行清洗。 </p><p>　　涂膠：涂膠是涂在外延片表面的高分子保護(hù)膜，主要過程為：首先配膠，將DNQ膠、樹脂和丙酮按大約1:0.05:12的比例配合，然后進(jìn)行涂膠，涂膠為自動涂膠。此過程有溶劑揮發(fā)，經(jīng)集氣系統(tǒng)收集，并經(jīng)活性炭吸附后排放。 </p><p>　　前烘：前烘目的使膠膜體內(nèi)溶劑充分地?fù)]發(fā)，揮發(fā)的溶劑，經(jīng)集氣系統(tǒng)收集，并經(jīng)

9、活性炭吸附后排放。 </p><p>　　曝光：把印有圖形的母片放在涂好光刻膠的外延片表面上，通過紫外線照射復(fù)印到外延片上。使膠與感光部分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 </p><p>　　顯影：用溶劑把曝光過程中未感光部分溶解去除，得到所需的圖形并露出Wafer表面。此過程有溶劑揮發(fā)，經(jīng)集氣系統(tǒng)收集，并經(jīng)活性炭吸附后排放。 </p><p>　　堅膜：使膠膜與Wafer之間緊貼

10、得更牢，現(xiàn)時也增強膠膜本身的抗蝕能力。 </p><p>　　刻蝕：用氫氟酸刻蝕液處理外延片，使其形成一個“窗口”。 </p><p>　　清洗2：對刻蝕后的Wafer進(jìn)行清洗，去除氫氟酸等雜質(zhì)。清洗廢水匯入廢水中和裝置。 </p><p>　　烘干：對清洗后的Wafer進(jìn)行烘干。 </p><p>　　介質(zhì)沉積：向“窗口”中加入半導(dǎo)體介質(zhì)，

11、結(jié)合成完整的LED。然后進(jìn)行快速熱處理。 </p><p>　　研磨和拋光：對器件進(jìn)行研磨和拋光，此過程會產(chǎn)生粉塵，設(shè)備自帶除塵裝置，經(jīng)處理后經(jīng)排氣筒排放。 </p><p>　　清洗3、4：采用純水沖洗器件，以去除機(jī)械雜質(zhì)。清洗廢水匯入廢水中和裝置。劃片、分片：對Wafer器件進(jìn)行切割，此過程會產(chǎn)生少量固體廢物。 </p><p>　　3、芯片封裝工藝方案 <

12、;/p><p><b>　?、?芯片檢驗 </b></p><p>　　鏡檢：材料表面是否有機(jī)械損傷及麻點麻坑（lockhill）芯片尺寸及電極大小是否符合工藝要求電極圖案是否完整 </p><p><b>　?、茢U(kuò)片 </b></p><p>　　由于LED芯片在劃片后依然排列緊密間距很?。s0.1m

13、m），不利于后工序的操作。我們采用擴(kuò)片機(jī)對黏結(jié)芯片的膜進(jìn)行擴(kuò)張，是LED芯片的間距拉伸到約0.6mm。也可以采用手工擴(kuò)張，但很容易造成芯片掉落浪費等不良問題。 </p><p><b>　　⑶點膠 </b></p><p>　　在LED支架的相應(yīng)位置點上銀膠或絕緣膠。（對于GaAs、SiC導(dǎo)電襯底，具有背面電極的紅光、黃光、黃綠芯片，采用銀膠。對于藍(lán)寶石絕緣襯底的藍(lán)光

14、、綠光LED芯片，采用絕緣膠來固定芯片。）工藝難點在于點膠量的控制，在膠體高度、點膠位置均有詳細(xì)的工藝要求。 </p><p><b>　?、?備膠 </b></p><p>　　和點膠相反，備膠是用備膠機(jī)先把銀膠涂在LED背面電極上，然后把背部帶銀膠的LED安裝在LED支架上。備膠的效率遠(yuǎn)高于點膠，但不是所有產(chǎn)品均適用備膠工藝。 </p><p&

15、gt;　　三、芯片制造工藝技術(shù)探討 </p><p>　　LED芯片制造工藝流程 </p><p>　　圖3LED芯片制造工藝流程示意圖 </p><p>　　2.優(yōu)化芯片發(fā)光層結(jié)構(gòu) </p><p>　　通過設(shè)計不同的發(fā)光層結(jié)構(gòu)，可以提高LED的光效。主要采用兩種發(fā)光層結(jié)構(gòu)：雙異質(zhì)結(jié)和量子阱結(jié)構(gòu)。雙異質(zhì)結(jié)的P區(qū)和N區(qū)有帶隙不同的半導(dǎo)體組分

16、，兩個勢壘層對注入的載流子起限域作用，即通過第一個異質(zhì)結(jié)界面擴(kuò)散進(jìn)入活性層的載流子，會被第二個異質(zhì)結(jié)界面阻擋在活性層中，只是雙異質(zhì)結(jié)的活性層厚度遠(yuǎn)小于同質(zhì)結(jié)，從而有效地提高注入載流子濃度和復(fù)合效率。量子阱結(jié)構(gòu)取決于活性層的厚度，不同的厚度活性層對載流子的限域和效率提高有不同作用。采用量子阱結(jié)構(gòu)的活性層可以更薄。 </p><p>　　3.提高光引出效率的芯片技術(shù) </p><p>　　現(xiàn)在

17、主要采用以下幾種技術(shù)和方法提高LED的光引出效率： </p><p>　　1、 在芯片與電極之間加入后窗口層，可以有效地擴(kuò)大光引出角錐提高出光效率； </p><p>　　2、 雙反射DR和分布式布拉格反射DBR結(jié)構(gòu) </p><p>　　提高LED發(fā)光效率的方法根本上上可分為兩種，分別是增加芯片(chip)本身的發(fā) 光量；另一種方法是有效利用芯片產(chǎn)生的光線，增加光

18、線照射至預(yù)期方向的照射量。前者是設(shè)法提高芯片活性層的發(fā)光效率，以及改善芯片形狀增加外部取光效率，或是將芯片大型化利用高密度電流增加發(fā)光量；后者是利用光波控制技術(shù)，亦即利用封裝樹脂形成特殊的光學(xué)結(jié)構(gòu)，使芯片產(chǎn)生的光線照射至預(yù)期的方向。 </p><p>　　DB LED采用在環(huán)氧樹脂與空氣接口處形成全反射面，利用一個反射鏡使全反射面全反射的光線先前反射，是光線朝預(yù)訂方向射出，從而大大減小光損失。如下圖3所示：

19、</p><p><b>　　圖 3 </b></p><p>　　DBR LED 由交替的多層高折射率和低折射率的材料組成，每層的光學(xué)厚度為發(fā)射波長的1/4.周期越多，折射率差越大，DBR的反射率就越高，從而減少襯底吸收量，適用于難以實現(xiàn)透明襯底的材料，如以GaAs做襯底的AlGaAs和AlInGaP器件。DBR結(jié)構(gòu)直接利用MOCVD設(shè)備進(jìn)行生長，無須再次進(jìn)行加工處

20、理。其結(jié)構(gòu)如下圖4所示： </p><p>　　圖4 生長在襯底和外延片之間的DBR結(jié)構(gòu) </p><p><b>　　四、結(jié)束語 </b></p><p>　　總之，LED具有體積小、耗電量低、使用壽命長、高亮度、低熱量、環(huán)保、堅固耐用、可控性強等優(yōu)點，在未來發(fā)展中具有廣闊前景。目前LED出光效率、散熱等技術(shù)得到較大提高，仍有較大的研發(fā)空間。

21、建議對以下幾種技術(shù)進(jìn)一步探索、研究。： </p><p>　　1、大面積無損激光剝離技術(shù)； </p><p>　　2、高反射率P型歐姆接觸技術(shù)包括p-GaN歐姆接觸電極制備技術(shù)和高反射率的反射鏡的制備； </p><p>　　3、表面微納加工技術(shù)：包括濕法刻蝕表面微結(jié)構(gòu)、干法（ICP或RIE）刻蝕表面微結(jié)構(gòu)等。 </p><p>　　相信LE

22、D芯片制造工藝技術(shù)，一定會為人類的光明未來做出更大的貢獻(xiàn)。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 費翔,錢可元,羅毅.大功率LED結(jié)溫測量及發(fā)光特性研究[J]. 光電子.激光. 2008 (03) </p><p>　　[2] 齊昆,陳旭.大功率LED封裝界面材料的熱分析[J]. 電子與封裝. 2007(