LED芯片的分类与特征

专题3LED芯片的分类与特征发光二极管的制造工艺过程衬底材料生长或购买衬底LED结构MOCVD生长芯片加工芯片切割器件封装Sapphire蓝宝石2-inch课程内容LED芯片的作用LED芯片的分类与特征LED芯片的结构与图示LED芯片参数LED芯片型号编码LED芯片评估一、LED芯片的作用•晶片為LED的主要原材料,LED主要依靠晶片來發光，晶片的好坏将直接决定LED的性能。•晶片是由Ⅲ和Ⅴ族复合半导体物质构成。•在LED封装时，晶片来料呈整齐排列在晶片膜上。1.按发光亮度分:A.一般亮度:R﹑H﹑G﹑Y﹑E等.B.高亮度:VG﹑VY﹑SR等C.超高亮度:UG﹑UY﹑UR﹑UYS﹑URF﹑UE等D.不可見光(紅外線):IR﹑SIR﹑VIR﹑HIRE.紅外線接收管:PTF.光電管:PD2.按組成元素分:A.二元晶片(磷﹑鎵):H﹑G等B.三元晶片（磷﹑鎵﹑砷）:SR﹑HR﹑UR等C.四元晶片(磷﹑鋁﹑鎵﹑銦):SRF﹑HRF﹑URF﹑VY﹑HY﹑UY﹑UYS﹑UE﹑HE、UG二、LED芯片的分类3.按材料特性分:4.按衬底材料来分•（1）、MB芯片定义与特点•定义﹕MB芯片﹕MetalBonding(金属粘着）芯片﹔该芯片属于UEC的专利产品。•特点﹕–1.采用高散热係数的材料---Si作为衬底、散热容易。–2.通过金属层来接合(waferbonding)磊晶层和衬底，同时反射光子，避免衬底的吸收。–3.导电的Si衬底取代GaAs衬底，具备良好的热传导能力(导热係数相差3~4倍)，更适应于高驱动电流领域。–4.底部金属反射层、有利于光度的提升及散热5.尺寸可加大、应用于Highpower领域、eg:42milMB•（2）、GB芯片定义和特点•定义﹕GB芯片﹕GlueBonding(粘着结合）芯片﹔该芯片属于UEC的专利产品•特点﹕–1.透明的蓝宝石衬底取代吸光的GaAs衬底、其出光功率是传统AS(Absorbablestructure)芯片的2倍以上、蓝宝石衬底类似TS芯片的GaP衬底。–2.芯片四面发光、具有出色的Pattern–3.亮度方面、其整体亮度已超过TS芯片的水准(8.6mil)–4.双电极结构、其耐高电流方面要稍差于TS单电极芯片•（3）、TS芯片定义和特点•定义﹕TS芯片﹕transparentstructure(透明衬底)芯片、该芯片属于HP的专利产品。•特点﹕–1.芯片工艺制作复杂、远高于ASLED–2.信赖性卓越–3.透明的GaP衬底、不吸收光、亮度高–4.应用广泛•（4）、AS芯片定义和特点•定义﹕AS芯片﹕Absorbablestructure(吸收衬底）芯片﹔经过近四十年的发展努力、台湾LED光电业界对于该类型芯片的研发﹑生产﹑销售处于成熟的阶段、各大公司在此方面的研发水平基本处于同一水准、差距不大.大陆芯片制造业起步较晚、其亮度及可靠度与台湾业界还有一定的差距、在这里我们所谈的AS芯片、特指UEC的AS芯片、eg:712SOL-VR,709SOL-VR,712SYM-VR,709SYM-VR等•特点﹕1.四元芯片、采用MOVPE工艺制备、亮度相对于常规芯片要亮2.信赖性优良3.应用广泛回顾:LED的发光原理Eg代表了将半导体的电子断键，变成自由电子，并将此自由电子送到导带，而在价带中留下空穴所需的能量。Eg=hfh是常数，f是光的频率。因为光速=波长×频率，即C=×f。所以：=1240/Eg（单位：纳米）理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有关，即λ≈1240/Eg（nm）能量，大小为禁带宽度Eg，由光的量子性可知，hf=Eg[h为普朗克常量,f为频率，据f=c/λ,可得λ=hc/Eg,当λ的单位用um,Eg单位用电子伏特（eV）时，上式为λ=1.24um·ev/Eg]，若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应在1.59～3.26eV之间。在此能量范围之内，带隙为直接带的III-V族半导体材料只有GaN等少数材料。解决这个问题的一个办法是利用III-V族的二元化合物组成新的三元或四元III-V族固溶体，通过改变固溶体的组分来改变禁带宽度与带隙类型。由两种III-V族化合物（如GaP和GaAs、GaP和InP）组成三元化合物固溶体，它们也是半导体材料,并且其能带结构、禁带宽度都会随着组分而变化，由一种半导体过渡到另一种半导体。X的取值三元化合物GaPXAs1-X禁带宽度波长与颜色X=0.2GaAs0.8P0.21.66eVλ=747nm红色X=0.35GaAs0.65P0.351.848eVλ=671nm橙色由此可见，调节X的值就能改变材料的能级结构，即改变LED的发光颜色。此即所谓的能带工程。F.A.PonceandD.P.Bour,Nature386,351(1997)（1）正规格方片：是指经过生产厂挑选过的：亮度，电压，抗静电能力，色差都是在同一个标准范围的！正规方片A：是完全经过挑选，并保证数量。正规方片B：是指不保证数量的但是经过挑选。（2）大圆片：就是指未经过挑选：亮度相差大，电压波动大，抗静电能力不一致，跑波长（色差大）！但是会把（外延片做成的芯片）周围的不能用的部分剔除掉（3）猪毛片：大圆片的不良都有具备，最大特点是什么颜色都有，不只是单纯的波长跨度大！正规方片A正规放片B大圆片猪毛片散晶。5.按芯片质量分:三、LED芯片结构与图示芯片库EquipmentsDevicestructure•Manybreakthroughs–Buffer–p-layer–Activelayer•Pioneerworkby–Prof.Akasaki–Dr.NakamuraofNichiaSapphiresubstrateLTbufferlayerGaN:SiGaInN/GaNQWAlGaN:MgGaN:MgDeviceFabricationGaN:SiSQWorMQWGaInNGaN:MgAlGaN:MgP-bondpadNi/Aup-metaln-bondpadSapphireLEDCrossSection四、LED芯片参数4.1芯片外观4.2芯片尺寸4.3芯片主要光电参数4.4芯片主要极限参数ForwardI-V01020304050607001234ForwardVotage(V)ForwardCurrent(mA)ReverseI-V-5-4-3-2-10-40-30-20-100ReverseVotage(V)ReverseCurrent(uA)ELspectrumELspectrum0.00E+002.00E-024.00E-026.00E-028.00E-021.00E-011.20E-011.40E-01300400500600700Wavelenth(nm)Intensenty(a.u.)460nmFWHM=20nmLightoutput012345678020406080ForwardCurrent(mA)Lightoutput(mW)五、LED芯片型号编码六、LED芯片评估LEDReliabilityBlueLEDburn@55C30mA0.00%20.00%40.00%60.00%80.00%100.00%120.00%0481685041008BurnTime(Hrs)△Iv/Iv