LED基础知识培训-外延、芯片王立 2009-3-16 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
内容提要 1 2 3 4 LED器件基础知识 LED器件基础知识 LED材料生长 LED材料生长 LED芯片制造芯片制造高效率LED芯片设计芯片设计高效率 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
LED器件基础知识 1、半导体发光的概念发光是物体内部以某种方式吸收的能量转化为光辐射的过程。发光是一种非平衡辐射。区分各种非平衡辐射的宏观光学参量是辐射期间—去掉激发后辐射还可延续的时间。发光的辐射期间在10-11秒以上。 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
LED器件基础知识半导体发光的不同形态粉末发光。薄膜发光。结型发光。通常所说的半导体发光是指结型发光——器件的核心在于p-n结。半导体照明技术是结型电致发光和粉末光致发光的结合。 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
LED器件基础知识 2、半导体发光的研究历史 1907 ! Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
LED器件基础知识 1923, O.W. Lossev of Russia reported electroluminescent light emission in silicon carbide crystals. 1937, F. Destriau of France reported (field-excited electroluminescence of zinc sulfide powders. 1939 – 1944 World War II 1951 – Solid State Lighting potential resurfaced when a team of researchers led by Kurt Lehovec started to investigate the electroluminescent potential of silicon carbide. 1962 – Nick Holonyak Jr, working at General Electric, gave the first practical demonstration of LEDs. 1968 – HP Labs develops the first commercially available light-emitting diode. GE, Bell Labs make the same claim. LEDs were first invented in England, Korea and China as well, depending upon who you talk to. …… 1994 –高亮度蓝光LED实现产业化，半
导体照明成为可能。 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
LED器件基础知识 3、半导体发光的原理——p-n结正向偏压下，电子和空穴复合 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
LED器件基础知识能带理论与半导体发光由于晶体中原子的周期性排列而使价电子不再为单个原子所有—电子的共有化。电子的共有化使原先每个原子中具有相同能级的电子能级，因各原子间的相互影响而分裂成一系列和原来能级很接近的新能级，形成能带。。E B 1s ?E A O r r0 原子中的能级晶体中的能带?E 氢原子的能级分裂 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
LED器件基础知识两个相邻能带间可能有一个能量间隔-禁带禁带宽度的大小是区分导体、半导体和绝缘体的重要特征空带空带? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 空带满带? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?Eg 禁带满带?E g ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 禁带满带导体能带 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation 半导体能带绝缘体能带
LED器件基础知识 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
LED器件基础知识 LED的I-V特性和发光光谱 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
LED器件基础知识发光波长取决于禁带宽度：λ= 1240/Eg (nm 可见光的波长范围：380nm -800 nm，对应的禁带宽度约3.3~1.6eV 通过形成混晶可以实现发光波长的连续变化。 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
LED器件基础知识影响发光效率的几个因素能带类型：直接带隙、间接带隙非辐射复合中心密度：杂质、缺陷器件结构：载流子局域化、异质结、量子阱Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
LED器件基础知识影响出光效率的几个因素内吸收——采用窗口层电极吸收——透明电极衬底吸收——采用透明衬底或反射镜全内发射——表面粗化、光子晶体、改变界面折射率，球面封装。 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
LED器件基础知识制造衬底制造发光二极管外延片制造芯片封状成成品例如GaAs、、例如 Al2O3 、 SiC等等例如MOCVD 例如一片2直径英寸的外一片直径英寸的外延片可以加工10000 延片可以加工多个LED芯片多个芯片Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
LED器件基础知识进入门槛高低 $$$$$$$$$ Level 1 外延材料制备 Level 2 发光芯片制备 Level 3 发光器件封装 Level 4 发光产品应用参与者数量????????????????????????????? $$$$$$ $$ $ Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
内容提要 1 2 3 4 半导体发光物理基础 LED材料生长 LED材料生长 LED芯片制造芯片制造高效率LED芯片设计芯片设计高效率 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation LED常用发光材料序号 1 发光材料 GaP 发光颜色红色（）、黄绿（）、）、黄绿）、标红色（RD）、黄绿（YG）、标绿（SG））黄色
（）、橙色（）、橙色黄色（HY）、橙色（HO））红外（红外（IRC））应用指示灯，数码、时钟显示，指示灯，数码、时钟显示，底背光，底背光，发光条等同上光耦，光耦，近距离传输等 2 3 4 GaAsP/GaP GaAs GaAlAs/GaAs 红色
（、）、红外红色（SR、SRD）、红外（IRA）指示灯，数码、时钟显示，）、红外（）指示灯，数码、时钟显示，点阵，点阵，遥控发射等绿色—红色连续可调绿色红色连续可调紫外---绿光连续可调紫外绿光连续可调大屏幕、交通灯、大屏幕、交通灯、各种汽车灯、景观灯等大屏幕、交通灯、汽车灯、大屏幕、交通灯、汽车灯、景观灯、白光照明、景观灯、白光照明、各种屏幕背光等。种屏幕背光等。实验室研究阶段 5 6 AlGaInP/GaAs GaN/Al2O3
GaN/SiC GaN/Si ZnO、 ZnO、ZnSe 7 同为短波长发光 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
发光材料制备-衬底发光材料制备衬底常用的衬底材料： Si、Ge、GaAs、InP、SiC、GaP 、Al2O3、 AlN、ZnO、GaN、ScAlMgO4、MgAl2O4 衬底的制备方法：直拉法、区熔法、定向凝固法、水热法、HVPE法 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
发光材料制备-衬底发光材料制备衬底 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation 发光材料制备-衬底发光材料制备衬底半导体单晶制造技术——直拉法直拉法半导体单晶制造技术 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
发光材料制备-衬底发光材料制备衬底 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation 发光材料制备-外延发光材料制备外延 Epitaxy---由希腊文“ep”和“taxio”引申而来，意思是“…….之上排列”。它是指在一定条件下，使某种物质的原子（或）分子有规则排列，定向生长在经过仔细加工的晶体（衬底）表面上。得到的是一种连续、平滑并与衬底晶格有对应关系的单晶层。这个单晶层，称为外延层。而生长外延层的过程叫做外延生长。广义上讲，与衬底相一致地生长在衬底上的多晶膜也称之为外延膜。 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
发光材料制备-外延发光材料制备外延外延是整个产业链技术含量最高的一个环节外延层质量的高低对发光器件的效率和可靠性有着决定性的影响。主要的外延方法有：LPE、MOCVD、MBE HVPE、PLD 在产业上得到广泛应用的有LPE 和MOCVD 最重要的半导体发光材料III-V族半导体外延材料主要是用MOCVD
制备的。 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
外延常用语介绍衬底模板有机源载气石墨石英 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
外延工艺特点所有材料高纯度高温过程工艺控制原材料的特性对设备要求高——设备庞大，控制复杂 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
生长控制参数反应室压力反应温度生长速率 Hydride/MO 比例支撑旋转速度总的载气量………………… Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
氮化物材料外延常用的源材料 CP2Mg二戊镁 TMIn三甲基铟 TMAl三甲基铝TMGa三甲基镓 TEGa三乙基镓 NH3氨气 SiH4硅烷 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
外延层常见结构单量子阱 LED外延层结构示意图 Contact layer Strain modulation Active layer Carrier injection layer Strain modulation Contact layer Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
外延层常见结构 ~100nm ~50nm P型导电GaN掺Mg层 InGaN/GaN多量子阱
N型导电GaN掺Si层氮化镓(GaN缓冲层氮化铝(AlN缓冲层 3~4um ~400um Si衬底 Si衬底 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
发光材料的制造-MOCVD 发光材料的制造常见的MOCVD系统系统常见的Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
发光材料的制造-MOCVD 发光材料的制造 MOCVD原理： MOCVD 有机金属化学气相沉积法（MOCVD），又叫有机金属化学气相外延法（MOVPE），是一种利用有机金属热分解反应进行气相外延的方法。多用于生长化合物半导体。Reactor chamber (CH3 3 Ga + NH3 --> GaN + 3 CH4 NH3 Substrate Susceptor H2 TMG bubbler Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
发光材料的制造-MOCVD 发光材料的制造 2、特征：（1）单温区生长，生长温度范围宽。（2）各组分和掺杂剂以气态通入，导入量容易控制，控制范围宽，再现性好，由于气体容易迅速改变，易于得到陡峭的界面。（3）只改变原料就能容易地生长出各种组分的化合物晶体。（4）原料气不含刻蚀成分，自动掺杂作用小，（5）反应室可以做到大面积均匀，适合量产。（6）生长速率控制范围宽，既易于制作精细结构，又易于实现量产。 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
发光材料的制造-MOCVD 发光材料的制造 A H2 /N2 NH3 TMG NH3 +TMG B C TMG NH3 Two-Flow (Nichia D NH3 Vertical close-spaced (Thomas Swan E TMG NH3 TMG Horizontal Quartz F TMG NH 3 Vertical Quartz H2 /N2 Vertical turbodisc (Emcore Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Planetary (Aixtron
发光材料的制造-MOCVD 发光材料的制造光学探头插口有机源 NH3 冷却水尾气管尾气管热电偶 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
发光材料的制造-MOCVD 发光材料的制造 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
发光材料的制造-生长过程发光材料的制造生长过程 Kinetics Gas phase reaction NH3 (CH3 3 Ga Diffusion NH3 Surface reaction GaN Ga* + N* Bulk layer Thermodynamics Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation NH3 :(CH3 3 Ga Reaction Mass transport
MOCVD原材料的要求纯度要求－ MO源和氢化物等都要求具有6个9以上的纯度，载气要求达到8个9以上。 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
发光材料的制造-MBE 发光材料的制造发光材料制备技术——MBE MBE 发光材料制备技术 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
发光材料的制造-MBE 发光材料的制造 MBE原理 MBE原理在超高真空下，用努森箱加热蒸发反应源并发射出来，在衬底上沉积薄膜。努森箱中保持准平衡态，所以射束成分和强度保持不变，并可由热力学测算。从努森箱喷发出来的射束由射束闸门控制，以直线路径射到衬底表面。在动力学控制条件下，在衬底上冷凝和生长。 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
发光材料的制造-MBE 发光材料的制造 MBE的优点：生长温度低，一般<800度，热扩散影响小。超高真空，可以得到很清洁的表面和很高的薄膜纯度。生长速率慢，容易控制膜厚并易于制备超晶格等精细复杂的微结构，掺杂和界面控制好，过渡陡峭。方便原位分析，可以实现高度的在线自动精密控制。对薄膜生长过程的机理分析有利。 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
发光材料的制造-MBE 发光材料的制造 MBE的缺点：生长速率太慢，不适合大量生产。难于控制混晶系和四元合金生长。系统易被蒸发分子污染，导致性能下降。系统需要超高真空，维护困难。 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
外延材料的测试宏观表面质量-干涉显微镜发光性能测量-光致发光(PL 晶体质量测量-X射线衍射仪(XRD 微观形貌测量-原子力显微镜(AFM 微观结构测量-透射电镜(TEM Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
干涉显微镜测量 100μm Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
PL测试 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
双晶衍射（XRD）测量 2000 1600 (0002 700 600 (10-12 Intensity(cps 1200 800 400 0 Intensity(cps 500 400 300 200 100 0 -100 16.5 16.6 16.7 16.8 16.9 17.0 17.1 17.2 17.3 23.5 23.6 23.7 23.8 23.9 24.0 24.1 24.2 24.3 24.4 24.5 ω(deg ω(deg Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
原子力显微镜（AFM） Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
透射电镜（TEM）测量 g=1 1-20 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
内容提要 1 2 3 4 半导体发光物理基础 LED材料生长 LED材料生长 LED芯片制造芯片制造高效率LED芯片设计芯片设计高效率 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation 半导体发光芯片的制造 LED芯片制造的目标形成欧姆接触形成引线焊盘形成独立器件增加光的取出提高器件可靠度 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation
LED芯片知识大了解 目录 一 LED芯片基本知识 (2) 1、LED芯片的概念 (2) 2、LED芯片的组成元素 (2) 3、LED芯片的分类 (2) 二 LED衬底材料 (4) 1、LED衬底材料的概念及作用 (4) 2、LED衬底材料的种类 (4) 三 LED外延片 (6) 1、LED外延片生长的概念 (6) 2、LED外延片衬底材料的种类 (6) 3、LED外延片的检测 (6)
一、LED芯片基本知识 1、LED芯片的概念 LED芯片是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的芯片，芯片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个芯片被环氧树脂封装起来。半导体芯片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N 结。当电流通过导线作用于这个芯片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。LED芯片为LED的主要原材料 ，LED主要依靠芯片来发光。 LED芯片是在外延片上的基础上经过下面一系列流 程，最终完成如右图的成品-芯片。 外延片→清洗→镀透明电极层透 (Indium Tin Oxide，ITO)→透明电极图形光刻→腐蚀→去胶→ 平台图形光刻→干法刻蚀→去胶→退火→ SiO2沉积→窗口图形光刻→SiO2腐蚀→去胶→ N极图形光刻→预清洗→镀膜→剥离→退火→ P极图形光刻→镀膜→剥离→研磨→切割→ 芯片→成品测试。图1 外延片成品示意图 2、LED芯片的组成元素 LED芯片的元素主要为III-V族元素，主要有砷(AS)、铝(AL)、镓(Ga、)铟(IN)、磷(P)、氮(N)、锶(Si)这几种元素中的若干种组成。 3、LED芯片的分类 1）按发光亮度分 A、一般亮度：R(红色GaAsP 655nm)、H ( 高红GaP 697nm )、G ( 绿色GaP 565nm )、 Y ( 黄色GaAsP/GaP 585nm )、E(桔色GaAsP/ GaP 635nm )等 B、高亮度：VG(较亮绿色GaP 565nm)、VY(较亮黄色 GaAsP/ GaP 585nm)、 SR(较亮红色GaA/AS 660nm)； C、超高亮度：UG﹑UY﹑UR﹑UYS﹑URF﹑UE等 D、不可见光(红外线)：R﹑SIR﹑VIR﹑HIR
LED基础知识培训-外延、芯片王立 2009-3-16 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation 内容提要 1 2 3 4 LED器件基础知识 LED器件基础知识 LED材料生长 LED材料生长 LED芯片制造芯片制造高效率LED芯片设计芯片设计高效率 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation LED器件基础知识 1、半导体发光的概念发光是物体内部以某种方式吸收的能量转化为光辐射的过程。发光是一种非平衡辐射。区分各种非平衡辐射的宏观光学参量是辐射期间—去掉激发后辐射还可延续的时间。发光的辐射期间在10-11秒以上。 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation LED器件基础知识半导体发光的不同形态粉末发光。薄膜发光。结型发光。通常所说的半导体发光是指结型发光——器件的核心在于p-n结。半导体照明技术是结型电致发光和粉末光致发光的结合。 Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation LED器件基础知识 2、半导体发光的研究历史 1907 ! Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation Lattice Power (Jiangxi Corporation LED器件基础知识 1923, O.W. Lossev of Russia reported electroluminescent light emission in silicon carbide crystals. 1937, F. Destriau of France reported (field-excited electroluminescence of zinc sulfide powders. 1939 – 1944 World War II 1951 – Solid State Lighting potential resurfaced when a team of researchers led by Kurt Lehovec started to investigate the electroluminescent potential of silicon carbide. 1962 – Nick Holonyak Jr, working at General Electric, gave the first practical demonstration of LEDs. 1968 – HP Labs develops the first commercially available light-emitting diode. GE, Bell Labs make the same claim. LEDs were first invented in England, Korea and China as well, depending upon who you talk to. …… 1994 –高亮度蓝光LED实现产业化，半
MOCVD设备和外延生长 2007．01 外延技术与设备是外延片制造技术的关键所在。气相外延（VPE），液相外延（LPE），分子束外延（MBE）和金属有机化合物气相外延（MOCVD）都是常用的外延技术。当前，MOCVD工艺已成为制造绝大多数光电子材料的基本技术。 （气相外延-在含有外延生长所需原子的化合物的气相环境中，通过一定方法获取外延生长所需原子，使其按规定要求排列而生成外延层的外延生长过程。（V apor P hase E pitaxy）液相外延-衬底片的待生长面浸入外延生长的液体环境中生长外延层的外延生长过程。(L iquid P hase E pitaxy) 分子束外延-在高真空中，外延生长所需原子（无中间化学反应过程）由源直接转移到待生长表面上，按规定要求排列生成外延层的外延生长过程。(M olecular B eam E pitaxy） MOCVD（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）设备作为化合物半导体材料研究和生产的手段，特别是作为工业化生产的设备，它的高质量、稳定性、重复性及规模化是其它的半导体材料生长设备无法替代的。它是当今世界上生产半导体光电器件和微波器件材料的主要手段，如激光器、探测器、发光二极管、高效太阳能电池、光电阴极等，是光电子等产业不可缺少的设备。但我国至今没有生产该设备的专业厂家，各单位都是花费大量外汇从国外购买，使用过程中的维护和零配件的采购都存在很多的不便，且价格昂贵。 全球最大的MOCVD 设备制造商AIXTRON, 美国Veeco 公司. 一，MOCVD设备 1.发展史：国际上起源于80年代初，我国在80年代中（85年）。 国际上发展特点：专业化分工，我国发展特点：小而全，小作坊式。 技术条件：a.MO源：难合成，操作困难。 b.设备控制精度：流量及压力控制 c.反应室设计：Vecco:高速旋转 Aixtron:气浮式旋转 Tomax Swan :CCS系统（结合前两种设备特点） Nichia:双流式 2.MOCVD组成
外延基础知识 一、基本概念 能级：电子是不连续的，其值主要由主量子数N决定，每一确定能量值称为一个能级。 能带：大量孤立原子结合成晶体后，周期场中电子能量状态出现新特点：孤立原子原来一个能级将分裂成大量密集的能级，构成一相应的能带。（晶体中电子能量状态可用能带描述） 导带：对未填满电子的能带，能带中电子在外场作用下，将参与导电，形成宏观电流，这样的能带称为导带。价带：由价电子能级分裂形成的能带，称为价带。（价带可能是满带，也可能是电子未填满的能带） 直接带隙：导带底和价带顶位于K空间同一位置。 间接带隙：导带底和价带顶位于K空间不同位置。 同质结：组成PN结的P型区和N型区是同种材料。（如红黄光中的：GaAs上生长GaAs,蓝绿光中：U(undope)－GaN上生长N(dope)－ GaN） 异质结：两种晶体结构相同，晶格常数相近，但带隙宽度不同的半导体材料生长在一起形成的结，称为异质结。（如蓝绿光中：GaN上生长Al GaN） 超晶格（superlatic）：由两种或两种以上组分不同或导电类型各异的超薄层（相邻势阱内电子波函数发生交迭）的材料，交替生长形成的人工周期性结构，称为超晶格材料。 量子阱(QW)：通常把势垒较厚，以致于相邻电子波函数不发生交迭的周期性结构，称为量子阱（它是超晶格的一种）。 二、半导体 1.分类：元素半导体：Si 、Ge 化合物半导体：GaAs、InP、GaN(Ⅲ-Ⅴ)、ZnSe(Ⅱ-Ⅵ)、SiC 2.化合物半导体优点： a.调节材料组分易形成直接带隙材料，有高的光电转换效率。（光电器件一般选用直接带隙材料） b.高电子迁移率。 c.可制成异质结，进行能带裁减，易形成新器件。 3.半导体杂质和缺陷 杂质：替位式杂质（有效掺杂） 间隙式杂质 缺陷：点缺陷：如空位、间隙原子 线缺陷：如位错 面缺陷：（即立方密积结构里夹杂着少量六角密积）如层错 4.外延技术 LPE：液相外延，生长速率快，产量大，但晶体生长难以精确控制。（普亮LED常用此生长方法） MOCVD（也称MOVPE）：Metal Organic Chemical Vapour Deposition金属有机汽相淀积,精确控制晶体生长，重复性好，产量大，适合工业化大生产。 HVPE：氢化物汽相外延，是近几年在MOCVD基础上发展起来的，适应于Ⅲ-Ⅴ氮化物半导体薄膜和超晶格外延生长的一种新技术。生长速率快，但晶格质量较差。 MBE：分子束外延，可精确控制晶体生长，生长出的晶体异常光滑，晶格质量非常好，但生长速率慢，难以用于工业化大生产。 三、MOCVD设备 1.发展史：国际上起源于80年代初，我国在80年代中（85年）。 国际上发展特点：专业化分工，我国发展特点：小而全，小作坊式。 技术条件：a.MO源：难合成，操作困难。 b.设备控制精度：流量及压力控制 c.反应室设计：Vecco:高速旋转
LED外延片及芯片(LED行业核心部件)行业概况 LED外延片及芯片（LED行业LED外延片及芯片（LED行业外延片及芯片核心部件）核心部件）行业概况安溪陈利学校2011-11-27 2011-11- ? 一、LED外延片、芯片是整个外延片、外延片芯片是整个LED产业链产业链的上游部分，约占LED行业利润行业利润70% 的上游部分，约占行业利润? 外延片、芯片、等核心器件是LED 行业中技术层次最高，代表行业发展水平的重要部分，是整个LED产业链的上游部分。其制造技术的发展水平直接决定了LED 行业的产业结构和市场地位。具有技术优势的国家如美国、日本等在核心器件的原材料生产和器件设计上均处于世界领先水平，可见其地位在LED 行业发展中十分重要。在LED利润分布中占约70% ? 二、LED外延片主要生产技术：MOCVD 被国外外延片主要生产技术：外延片主要生产技术被国外垄断，垄断，国内生产企业需高额进口? 目前LED外延片生长技术主要采用有机金属化学气相沉积方法（MOCVD），其供给由国际巨头爱思强（德国）、维易科（美国）以及日本酸素垄断。目前，国内所有生产LED外延片、芯片的企业均需从国外高额进口MOCVD设备，而此类设备每台约需1500万元，购置成本约占整个LED 1500 LED 生产线成本的2/3。? 2010年1月，国产LED MOCVD设备在广东昭信半导体装备制造有限公司成功下线。但是，国产MOCVD设备的成功下线能否改变LED外延芯片核心装备市场格局还有待市场的检验。? 三、我国的LED 芯片相对薄弱但芯片企业稳步增我国的加? 从芯片的制造流程可以看到，其成本的大部分为外延片的生产，其它部分的加工以及封装成本较少仅占到30%。? 目前我国的LED 芯片制造成本虽然相对外资产品较低，但在外延片技术上的投入比例依然很大，并没有摆脱各国的共性。不过随着外延片生产技术和工艺的提升，我国LED 芯片的制造成本有望继续降低。? 据LED 产业研究机构LEDinside 统计，至2009年8月，中国大陆现存LED 芯片生产企业达62个，近几年呈快速上涨的势头。? 四、LED外延片、芯片生产企业毛利率约外延片、外延片为40% ? 目前LED 上游外延片及芯片制造的毛利率水平普遍在40%以上，个别优势企业甚至超过50%，中游封装和下游应用领域的技术含量相对较低，但毛利率仍能达到30%。名词解释? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? LED：Light Emitting Diode，发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光：的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。HB LED：高亮度发光二极管。：GaN: 氮化镓，属第三代半导体材料。禁带宽度在T=300K时为3.2-3.3eV，晶格常数为0.452nm。MOCVD：是金属有机化合物化学气相淀积(Metal-organic Chemical Vapor ：DePosition)的英文缩写，是在LED外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。蓝宝石：蓝宝石：是刚玉宝石中除红色的红宝石之外，其它颜色刚玉宝石的通称，主要成分是氧化铝（Al2O3）。LCD TV：可以接受TV信号的液晶显示器。：mcd：光通量的空间密度，即单位立体角的光通量，叫发光强度，是衡量光：源发光强弱的量，其中文名称为“坎德拉”，符号就是“cd”。InGaAlP：磷化铝镓铟，是四元系化合物半导体材料，是制造红色和黄色超：高亮度发光二极管的最佳材料。lGaInN：氮化物半导体材料，是制备白光LED的基石。：OLED：即有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode），又称为有机电：激光显示（Organic Electroluminesence Display, OELD），OLED屏幕具备许多LCD不可比拟的优势。AMOLED: （Active Matrix/Organic Light Emitting Diode）是有源矩阵有机发光二极体面板。相比传统的液晶面板，AMOLED具有反应速度较快、对比度更高、视角较广等特点。? 1 LED行业基本情况行业基本情况? LED（Light Emitting Diode），即发光二极体，是一种能够将电能转化为可见光的半导体。与传统光源，如白炽灯和节能灯不同，LED采用电场发光和低压供电。它具有寿命长、光效高、光色纯、稳定性高、安全性好、无辐射、低功耗、抗震、耐击打等一家族优点，被誉为21世纪新固体光源时代的革命性技术。? 进入20