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
E、红外线接收管：PT
F、光电管：PD
2）按组成元素分
A、二元晶片(磷﹑镓)：H﹑G等
B、三元晶片（磷﹑镓﹑砷）：SR(较亮红色GaA/AS 660nm)、 HR (超亮红色GaAlAs 660nm) UR(最亮红色GaAlAs 660nm)等
C、四元晶片(磷﹑铝﹑镓﹑铟)：SRF( 较亮红色 AlGalnP )、HRF(超亮红色 AlGalnP)、
URF(最亮红色AlGalnP 630nm)、VY(较亮黄色GaAsP/GaP 585nm)、
HY(超亮黄色 AlGalnP 595nm)、UY(最亮黄色 AlGalnP 595nm)、
UYS(最亮黄色 AlGalnP 587nm)、UE(最亮桔色 AlGalnP 620nm)、
HE(超亮桔色 AlGalnP 620nm)、UG (最亮绿色 AIGalnP 574nm) 等
3）按照制作工艺分
LED芯片分为MB芯片，GB芯片，TS芯片，AS芯片等4种
二、LED衬底材料
1、LED衬底的概念及作用
衬底又称基板，也有称之为支撑衬底。
衬底只要是外延层生长的基板，在生产和制作过程中，起到支撑和固定的作用。
它与外延层的特性配合要求比较严格，否则会影响到外延层的生长或是芯片的品质。
2、LED衬底材料的种类
对于制作LED芯片来说，衬底材料的选用是首要考虑的问题。
应该采用哪种合适的衬底，需要根据设备和LED器件的要求进行选择。
蓝宝石（Al2O3）
GaN基系列三种衬底材料硅（Si）
碳化硅（SiC）
1)蓝宝石衬底
通常，GaN基材料和器件的外延层主要生长在蓝宝石衬底上。
蓝宝石的硬度非常高，在自然材料中其硬度仅次于金刚石，但是在LED器件的制作过程中却需要对它进行减薄和切割（从400nm减到100nm左右）。
优点：①蓝宝石衬底的生产技术成熟、器件质量较好
②蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中
③蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗
缺点：①晶格失配和热应力失配，会在外延层中产生大量缺陷；
②蓝宝石是一种绝缘体，在上表面制作两个电极，造成了有效发光面积减少；
③增加了光刻、蚀刻工艺过程，制作成本高。
2)硅衬底
硅衬底的芯片电极可采用两种接触方式，分别是L接触（Lateral-contact , 水平接触）和V 接触（Vertical-contact，垂直接触）[以下简称为L型电极和V型电极]。
通过这两种接触方式，LED芯片内部的电流可以是横向流动的，也可以是纵向流动的。
由于电流可以纵向流动，因此增大了LED的发光面积，从而提高了LED的出光效率。
因为硅是热的良导体，所以器件的导热性能可以明显改善，从而延长了器件的寿命。
3)碳化硅衬底
碳化硅衬底（CREE公司专门采用SiC材料作为衬底）的LED芯片，电极是L型电极，电流是纵向流动的。
采用这种衬底制作的器件的导电和导热性能都非常好，有利于做成面积较大的大功率器件
S iC是IV-IV族二元化合物，也是元素周期表IV族元素中唯一的稳定固态化合物，一种重要的半导体材料。
它具有优良的热学、力学、化学和电学性质，不但是制作高温、高频、大功率电子器件的最佳材料之一，同时又可以用作基于GaN的蓝色发光二极管的衬底材料。
优点：①碳化硅的导热系数为490W/m·K
②要比蓝宝石衬底高出10倍以上
缺点：①碳化硅制造成本较高
②实现其商业化还需要降低相应的成本
4)三种衬底的性能比较
三、LED外延片
1、LED外延片生长的概念
外延片是在一块加热至适当温度的衬底基片(主要有蓝宝石和、SiC、Si)上，气态物质InGaAlP有控制的输送到衬底表面，生长出特定单晶薄膜。
2、LED外延片衬底材料种类
当前用于GaN基LED的衬底材料比较多，但是能用于商品化的衬底目前只有两种，即蓝宝石和碳化硅衬底。
用于氮化镓研究的衬底材料比较多，但是能用于生产的衬底目前只有二种，即蓝宝石和碳化硅衬底。
3、LED外延片的检测
外延片的检测一般分为两大类:
一是光学性能检测，主要参数包括工作电压，光强，波长范围，半峰宽，色温，显色指数等等，这些数据可以用积分球测试。
二是可靠性检测，主要参数包括光衰，漏电，反压，抗静电，I-V曲线等等，这些数据一般通过老化进行测试。
4、LED外延片的分类。