LED白光控制与制程工艺与发展前景之展望.docx

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1、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

2、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

3、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

4、.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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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

10、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

11、.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I

12、FM: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

13、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lm2o6发光强度发光强

14、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

15、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N