LED高亮芯片

简单介绍高亮LED芯片结构及封装技术

相较于白炽灯、紧凑型荧光灯等传统光源，发光二极管(LED)具有发光效率高、寿命长、指向性高等诸多优势，日益受到业界青睐而被用于通用照明(General Lighting)市场。 LED照明应用要加速普及，短期内仍有来自成本、技术、标准等层面的问题必须克服，技术方面，包括色温、显色性和效率提升等问题，仍有待进一步改善。

而LED在通用照明市场的应用涉及多方面的要求，须从系统的角度去考虑，如LED光源、电源转换、驱动控制、散热和光学等。

薄膜芯片技术崭露锋芒

目前，LED芯片技术的发展关键在于基底材料和晶圆生长技术。基底材料除了传统的蓝宝石材料、硅(Si)、碳化硅(SiC)以外，氧化锌(ZnO)和氮化镓(GaN)等也是当前研究的焦点。无论是重点照明和整体照明的大功率芯片，还是用于装饰照明和一些简单辅助照明的小功率芯片，技术提升的关键均围绕如何研发出更高效率、更稳定的芯片。

因此，提高LED芯片的效率成为提升LED照明整体技术指标的关键。在短短数年内，借助芯片结构、表面粗化、多量子阱结构设计等一系列技术的改进，LED在发光效率出现重大突破，LED芯片结构的发展如图1所示。相信随着该技术的不断成熟，LED量子效率将会得到进

简单介绍高亮LED芯片结构及封装技术

相较于白炽灯、紧凑型荧光灯等传统光源，发光二极管(LED)具有发光效率高、寿命长、指向性高等诸多优势，日益受到业界青睐而被用于通用照明(General Lighting)市场。 LED照明应用要加速普及，短期内仍有来自成本、技术、标准等层面的问题必须克服，技术方面，包括色温、显色性和效率提升等问题，仍有待进一步改善。

而LED在通用照明市场的应用涉及多方面的要求，须从系统的角度去考虑，如LED光源、电源转换、驱动控制、散热和光学等。

薄膜芯片技术崭露锋芒

目前，LED芯片技术的发展关键在于基底材料和晶圆生长技术。基底材料除了传统的蓝宝石材料、硅(Si)、碳化硅(SiC)以外，氧化锌(ZnO)和氮化镓(GaN)等也是当前研究的焦点。无论是重点照明和整体照明的大功率芯片，还是用于装饰照明和一些简单辅助照明的小功率芯片，技术提升的关键均围绕如何研发出更高效率、更稳定的芯片。

因此，提高LED芯片的效率成为提升LED照明整体技术指标的关键。在短短数年内，借助芯片结构、表面粗化、多量子阱结构设计等一系列技术的改进，LED在发光效率出现重大突破，LED芯片结构的发展如图1所示。相信随着该技术的不断成熟，LED量子效率将会得到进

高亮度LED芯片生产工艺流程

高亮度LED芯片生产分为芯片制作和芯片封装两大部分

一、芯片制作

外延片 去胶 退火 清洗 干法刻蚀 SiO2沉积 镀透明电极层 平台图形光刻 窗口图形光刻 透明电极图形光刻 去胶 SiO2腐蚀 腐蚀 去胶 退火 剥离 镀膜 预清洗 N极图形光刻 P极图形光刻 镀膜 剥离 研磨 切割 芯片

首先在衬低上制作氮化镓（GaN）基的晶圆，这个过程主要是在金属有机化学气相沉积晶圆炉(MOCVD)中完成的。准备好制作GaN基晶圆所需的材料源和各种高纯的气体之后，按照工艺的要求就可以逐步把外延片做好。常用的衬底主要有蓝宝石、碳化硅和硅衬底，还有GaAs、AlN、ZnO等材料。

MOCVD是利用气相反应物（前驱物）及Ⅲ族的有机金属和Ⅴ族的NH3在衬底表面进行反应，将所需的产物沉积在衬底表面。通过控制温度、压力、反应物浓度和种类比例，从而控制镀膜成分、晶相等质量。MOCVD外延炉是制作LED外延片最常用的设备。

然后是对LED PN结的两个电极进行加工，电极加工也是制作LED芯片的关键工序，包括清洗、蒸镀、黄光、化学蚀刻、熔合、研磨；然后对LED毛片进行划片、测试和分选，就可以得到所需的LED芯片。如果芯片清洗不够干净

高亮度LED芯片生产工艺流程

高亮度LED芯片生产分为芯片制作和芯片封装两大部分

一、芯片制作

外延片 去胶 退火 清洗 干法刻蚀 SiO2沉积 镀透明电极层 平台图形光刻 窗口图形光刻 透明电极图形光刻 去胶 SiO2腐蚀 腐蚀 去胶 退火 剥离 镀膜 预清洗 N极图形光刻 P极图形光刻 镀膜 剥离 研磨 切割 芯片

首先在衬低上制作氮化镓（GaN）基的晶圆，这个过程主要是在金属有机化学气相沉积晶圆炉(MOCVD)中完成的。准备好制作GaN基晶圆所需的材料源和各种高纯的气体之后，按照工艺的要求就可以逐步把外延片做好。常用的衬底主要有蓝宝石、碳化硅和硅衬底，还有GaAs、AlN、ZnO等材料。

MOCVD是利用气相反应物（前驱物）及Ⅲ族的有机金属和Ⅴ族的NH3在衬底表面进行反应，将所需的产物沉积在衬底表面。通过控制温度、压力、反应物浓度和种类比例，从而控制镀膜成分、晶相等质量。MOCVD外延炉是制作LED外延片最常用的设备。

然后是对LED PN结的两个电极进行加工，电极加工也是制作LED芯片的关键工序，包括清洗、蒸镀、黄光、化学蚀刻、熔合、研磨；然后对LED毛片进行划片、测试和分选，就可以得到所需的LED芯片。如果芯片清洗不够干净

供参考

MOCVD实物图

供参考

供参考

供参考

供参考

供参考

供参考

供参考

供参考

供参考

供参考

供参考

供参考

Hall measurement

供参考

供参考

材料所的外延片

(002): 225arcsec (102) : 256 arcsec

强 度 计 数 (002) (102)-720 -360

ω (arcsec)

0

360

720

位错密度：8×107/cm2。

通过对GaN的生长模式、光、电、结晶性能、缺陷和位错进行 分析，获得位错密度低于1×108/cm2的未掺杂GaN材料。

供参考

强 度 A 计 数)BC 15.0 16.0 17.0 18.0 19.0 20.0

1.0μ m

1.0μ m

1.0μ m

A

B

C

2θ (degree)

供参考

图形衬底生长GaN

衬底截面

生长GaN截面

GaN表面

采用图形衬底，进一步提高了GaN质量。

供参考

在Si衬底上生长出了表面无裂纹的GaN材料。

x100

供参考

LED外延片产品

AlGaInP红光LED外延片

GaN基蓝光LED外延片

LED外延片电致发光

供参考

Room temperature properties of semiconductorssymbolCrystal structure Lattice constant

高亮度LED技術與應用趨勢(1)

高亮度LED之「封裝光通」原理技術探析 （郭長祐／DigiTimes.com）

2006/07/10

前言：毫無疑問的，這個世界需要高亮度發光二極體（High Brightness Light-Emitting Diode；HB LED），不僅是高亮度的白光LED（HB WLED），也包括高亮度的各色LED，且從現在起的未來更是積極努力與需要超高亮度的LED（Ultra High Brightness LED，簡稱：UHD LED）。

用LED背光取代手持裝置原有的EL背光、CCFL背光，不僅電路設計更簡潔容易，且有較高的外力抗受性。用LED背光取代液晶電視原有的CCFL背光，不僅更環保而且顯示更逼真亮麗。用LED照明取代白光燈、鹵素燈等照明，不僅更光亮省電，使用也更長效，且點亮反應更快，用於煞車燈時能減少後車追撞率。

所以，LED從過去只能用在電子裝置的狀態指示燈，進步到成為液晶顯示的背光，再擴展到電子照明及公眾顯示，如車用燈、交通號誌燈、看板訊息跑馬燈、大型影視牆，甚至是投影機內的照明等，其應用仍在持續延伸。

更重要的是，LED的亮度效率就如同摩爾定律（Moore''s Law）一樣，每24個月提升

新型高亮LED驱动电路设计

摘 要

随着生产成本的降低，大功率高亮LED作为近年来快速兴起的一种新型光源,得到越来越广泛的应用。当前应用的直流电压驱动方式,存在稳压和限流的装置在保证比较好的限流特性时,自身功耗过大,使系统的效率大为降低的缺点。因此设计新型高频脉冲LED驱动电路，采用高效率的限流措施,显著提高LED驱动电路的效率。

关键词:LED,驱动电路,效率,限流

Abstract: With the depressing of producing cost, high-power sup-high bright degree LED is widely used as a new type lighting system. Currently used volts d.c. driving type has the disadvantage of over power consumption and inefficiency while guarantee preferably current-limiting characteristic. So we design new type high frequency impulse LED dr

LED芯片常用衬底材料选用比较

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。目前市面上一般有三种材料可作为衬底： 1. 蓝宝石（Al2O3） 2. 硅 (Si) 3. 碳化硅（SiC） 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。蓝宝石衬底有许多的优点：首先，蓝宝石衬底的生产技术成熟、器件质量较好；其次，蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中；最后，蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗。因此，大多数工艺一般都以蓝宝石作为衬底。图1示例了使用蓝宝石衬底做成的LED芯片。

图1 蓝宝石作为衬底的LED芯片

使用蓝宝石作为衬底也存在一些问题，例如晶格失配和热应力失配，这会在外延层中产生大量缺陷，同时给后续的器件加工工艺造成困难。蓝宝石是一种绝缘体，常温下的电阻率大于1011Ω·cm，在这种情况下无法制作垂直结构的器件；通常只在外延层上表面制作n型和p型电极（如图1所示）。在上表面制作两个电极，造成了有效发光面积减少，同时增加了器件制造中的光刻和刻蚀工艺过程，结果使材料利用率降低、成本增加。由于P型

国内10大LED芯片厂排名

1、厦门三安光电

(主流全色系超高亮度LED芯片，各项性能指标领先，蓝、绿光ITO(氧化铟锡)芯片的性能指标已接近国际最高指标，在同行内具有较强竞争力。) 2、大连路美

(路美拥有上百个早期国际国内核心专利，范围横跨外延、芯片、封装、灯具、发光粉等。) 3、杭州士兰明芯

(其技术优势在于芯片制造工艺，同时受益母公司强大的集成电路和分立器件生产线经验。公司LED显示屏芯片的市场占有率超过50%，09年作为唯一的国产芯片厂商中标广场LED显示屏。) 4、武汉迪源光电

(武汉迪源目前的产品主要以0.5W和1W LED芯片为主，月产能为10-15KK，主要生产45、50和60mil的大功率LED芯片，同时迪源已拥有1项美国专利和4项中国专利。) 5、广州晶科电子

(是珠三角唯一一家大功率、高亮度、高稳定性蓝光LED芯片制造企业。晶科核心产品优势是功率型氮化镓蓝LED芯片和超大功率模组芯片(5W、10W、15W、30W等)。同时在美国和中国拥8项发明专利，并以每年申请2项发明专利的速度进行持续的技术创新，拥有晶片级倒装焊技术倒装大功率芯片制造技术及多芯片集成技术。) 6、上海蓝宝光电

(以中科院物理所为技术支撑，拥有成熟的大

LED芯片常用衬底材料选用比较

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。目前市面上一般有三种材料可作为衬底： 1. 蓝宝石（Al2O3） 2. 硅 (Si) 3. 碳化硅（SiC） 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。蓝宝石衬底有许多的优点：首先，蓝宝石衬底的生产技术成熟、器件质量较好；其次，蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中；最后，蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗。因此，大多数工艺一般都以蓝宝石作为衬底。图1示例了使用蓝宝石衬底做成的LED芯片。

图1 蓝宝石作为衬底的LED芯片

使用蓝宝石作为衬底也存在一些问题，例如晶格失配和热应力失配，这会在外延层中产生大量缺陷，同时给后续的器件加工工艺造成困难。蓝宝石是一种绝缘体，常温下的电阻率大于1011Ω·cm，在这种情况下无法制作垂直结构的器件；通常只在外延层上表面制作n型和p型电极（如图1所示）。在上表面制作两个电极，造成了有效发光面积减少，同时增加了器件制造中的光刻和刻蚀工艺过程，结果使材料利用率降低、成本增加。由于P型