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LED外延基座基础知识

2021-07-20 16:30:27

外延片的出产制造过程是非常复杂,展完外延片,接下来就在每张外延片随意抽取九点做测试,符合要求的便是良品,其它为不良品(电压误差很大,波长偏短或偏长等)。良品的外延片就要开始做电极(P极,N极),接下来就用激光切开外延片,然后百分百分捡,根据不同的电压,波长,亮度进行全自动化分检,也便是形成LED晶片(方片)。然后还要进行目测,把有一点缺点或者电极有磨损的,分捡出来,这些便是后边的散晶。此时在蓝膜上有不符合正常出货要求的晶片,也就自然成了边片或毛片等。不良品的外延片(主要是有一些参数不符合要求),就不用来做方片,就直接做电极(P极,N极),也不做分检了,也便是现在市场上的LED大圆片(这里边也有好东西,如方片等)。


  半导体制造商主要用抛光Si片(PW)和外延Si片作为IC的原资料。20世纪80年代前期开始使用外延片,它具有标准PW所不具有的某些电学特性并消除了许多在晶体成长和其后的晶片加工中所引进的外表/近外表缺点。


  历史上,外延片是由Si片制造商出产并自用,在IC中用量不大,它需求在单晶Si片外表上沉积一薄的单晶Si层。一般外延层的厚度为2~20μm,而衬底Si厚度为610μm(150mm直径片和725μm(200mm片)。LED外延基座


  外延沉积既可(一起)一次加工多片,也可加工单片。单片反应器可出产出质量最好的外延层(厚度、电阻率均匀性好、缺点少);这种外延片用于150mm“前沿”产品和一切重要200mm产品的出产。LED外延基座

LED外延基座


  外延产品


  外延产品使用于4个方面,CMOS互补金属氧化物半导体支持了要求小器材尺度的前沿工艺。CMOS产品是外延片的最大使用领域,并被IC制造商用于不行康复器材工艺,包含微处理器和逻辑芯片以及存储器使用方面的闪速存储器和DRAM(动态随机存取存储器)。分立半导体用于制造要求具有精密Si特性的元件。“奇异”(exotic)半导体类包含一些特种产品,它们要用非Si资料,其LED外延基座中许多要用化合物半导体资料并入外延层中。掩埋层半导体使用双极晶体管元件内重掺杂区进行物理隔离,这也是在外延加工中沉积的。


  现在,200mm晶片中,外延片占1/3.2LED外延基座000年,包LED外延基座含掩埋层在内,用于逻辑器材的CMOS占一切外延片的69%,DRAM占11%,分立器材占20%.到2005年,CMOS逻辑将占55%,DRAM占30%,分立器材占15%.


    LED外延片--衬底资料


  衬底资料是半导体照明产业技能开展的柱石。不同的衬底资料,需求不同的外延成长技能、芯片加工技能和器材封装技能,衬底资料决定了半导体照明技能的开展道路。衬底资料的挑选主要取决于以下九个方面:


  1、结构特性好,外延资料与衬底的晶体结构相同或附近、晶格常数失配度小、结晶性能好、缺点密度小


  2、界面特性好,有利于外延资料成核且黏附性强


  3、化学稳定性好,在外延成长的温度和气氛中不简单分化和腐蚀


  4、热学性能好,包含导热性好和热失配度小


  5、导电性好,能制成上下结构


  6、光学性能好,制造的器材所发出的光被衬底吸收小


  7、机械性能好,器材简单加工,包含减薄、抛光和切开等


  8、价格低廉


  9、大尺度,一般要求直径不小于2英寸。


    衬底的挑选要一起满足以上九个方面是非常困难的。所以,现在只能通过外延成长技能的改变和器材加工工艺的调整来适应不同衬底上的半导体发光器材的研制和出产。用于氮化镓研讨的衬底资料比较多,可是能用于出产的衬底现在只有三种,即蓝宝石Al2O3和碳化硅SiC衬底以及Si衬底。


  评价衬底资料必须综合考虑下列要素:


  1.衬底与外延膜的结构匹配:外延资料与衬底资料的晶体结构相同或附近、晶格常数失配小、结晶性能好、缺点密度低;


  2.衬底与外延膜的热膨胀系数匹配:热膨胀系数的匹配非常重要,外延膜与衬底资料在热膨胀系数上相差过大不只可能使外延膜质量下降,还会在器材作业过程中,因为发热而造成器材的损坏;


  3.衬底与外延膜的化学稳定性匹配:衬底资料要有好的化学稳定性,在外延成长的温度和气氛中不易分化和腐蚀,不能因为与外延膜的化学反应使外延膜质量下降;


  4.资料制备的难易程度及成本的凹凸:考虑到产业化开展的需求,衬底资料的制备要求简练,成本不宜很高。衬底尺度一般不小于2英寸。


  当时用于GaN基LED的衬底资料比较多,可是能用于商品化的衬底现在只有三种,即蓝宝石和碳化硅以及硅衬底。其它诸如GaN、ZnO衬底还处于研制阶段,离产业化还有一段距离。


  氮化镓:


  用于GaN成长的最理想衬底是GaN单晶资料,可大大提高外延膜的晶体质量,降低位错密度,提高器材作业寿数,提高发光效率,提高器材作业电流密度。可是制备GaN体单晶非常困难,到现在为止还未有行之有效的方法。


氧化锌:


  ZnO之所以能成为GaN外延的候选衬底,是因为两者具有非常惊人的相似之处。两者晶体结构相同、晶格辨认度非常小,禁带宽度接近(能带不连续值小,接触势垒小)。可是,ZnO作为GaN外延衬底的丧命缺点是在GaN外延成长的温度和气氛中易分化和腐蚀。现在,ZnO半导体资料尚不能用来制造光电子器材或高温电子器材,主要是资料质量达不到器材水平和P型掺杂问题没有得到真正解决,合适ZnO基半导体资料成长的设备没有研制成功。


  蓝宝石:


  用于GaN成长最遍及的衬底是Al2O3.其长处是化学稳定性好,不吸收可见光、价格适中、制造技能相对成熟。导热性差虽然在器材小电流作业中没有露出明显缺乏,却在功率型器材大电流作业下问题非常杰出。


  碳化硅:


  SiC作为衬底资料使用的广泛程度仅次于蓝宝石,现在我国的晶能光电的江风益教授在Si衬底上成长出了可以用来商业化的LED外延片。Si衬底在导热性、稳定性方面要优于蓝宝石,价格也远远低于蓝宝石,是一种非常有出路的衬底。SiC衬底有化学稳定性好、导电性能好、导热性能好、不吸收可见光等,但缺乏方面也很杰出,如价格太高,晶体质量难以达到Al2O3和Si那么好、机械加工性能比较差,另外,SiC衬底吸收380纳米以下的紫外光,不合适用来研制380纳米以下的紫外LED.因为SiC衬底有利的导电性能和导热性能,可以较好地解决功率型GaNLED器材的散热问题,故在半导体照明技能领域占重要地位。


  同蓝宝石相比,SiC与GaN外延膜的晶格匹配得到改进。此外,SiC具有蓝色发光特性,而且为低阻资料,可以制造电极,使器材在包装前对外延膜进行彻底测试成为可能,增强了SiC作为衬底资料的竞争力。因为SiC的层状结构易于解理,衬底与外延膜之间可以获得高质量的解理面,这将大大简化器材的结构;可是一起因为其层状结构,在衬底的外表常有给外延膜引进大量的缺点的台阶呈现。


  完成发光功率的目标要寄希望于GaN衬底的LED,完成低成本,也要通过GaN衬底导致高效、大面积、单灯大功率的完成,以及带动的工艺技能的简化和成品率的大大提高。半导体照明一旦成为实际,其含义不亚于爱迪生发明白炽灯。一旦在衬底等关键技能领域获得突破,其产业化进程将会获得长足开展。


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