LED Basic Knowledge 2015/11/23 碩研電子一甲 黃聖翔 HUANG SHENG SIANG

Outline 簡介 LED結構、磊晶與製程介紹 Q&A

什麼是發光二極體？ 發光二極體(Light Emitting Diode, LED)，是以P型半導體與N型半導體形成的，形成P-N接面(Junction)所組成的半導體元件。 p型 半導體 n型 + - LED發光主要就是透過PN接面內部電子電洞復合後產生可見光。 pn型半導體不是一開始就有的~~ 主要是用Si塊材，再利用離子佈植，得到

發光二極體元素的組成 多數LED被稱為Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體，是由Ⅴ族元素與Ⅲ族元素結合而成。 為什麼有這些3-5、2-6族這些化合物半導體？最主要是因為要符合8隅體，因為八隅體是電子最穩定的狀態。 另外可以透過3-5、2-6族化合物半導體不同材料的特性，可以改變LED所發出來的顏色。(如：GaN/GaAs)

簡介 LED結構、磊晶與製程介紹 Q&A

不同方向來看LED 一般民眾所看到的LED 顯微鏡下 觀察到的LED 工程師所看到的LED p-contact ITO n-GaN Sapphire buffer layer In0.25Ga0.75N/GaN Doping Mg p-AlGaN Doping Mg p-GaN n-contact Doping Si n-GaN ITO p-contact 一般民眾所看到的LED 顯微鏡下 觀察到的LED 工程師所看到的LED

LED結構介紹 P型電極 透明導電層 P型氮化鎵 保護層 發光層 N型氮化鎵 N型電極 緩衝層 藍寶石基板 大概分為 ”9” 個基本的結構 我們主要是探討發光層，光電特性、發光強度、物理意義 後面會介紹每一層結構的用處 N型電極 N型氮化鎵 緩衝層 藍寶石基板

GaN─LED製程流程 GaN─LED 製程流程 前段製程 磊晶 P型GaN 中段製程 後段製程

Sapphire─藍寶石基板 厚度：300~400μm(研磨後) 成分：Al2O3 升溫至1000℃以上，清除表面髒汙 主要功能：作為LED的基板，往上成長不同結構層 基板厚度厚：主要成長LED時需要承受不同溫度成長，以免基板變形，造成更多缺陷 Sapphire

Buffer Layer─緩衝層 厚度：30nm 成份：GaN 磊晶溫度：480~550 ℃ 主要功能：降低基板與其他層之間因晶格差異產生的應力 Sapphire buffer layer

何謂應力？ 應力種類 舒張形變 收縮形變 𝑎 𝐿 = 𝑎 𝑠𝑢𝑏 (晶格匹配) 在異質結構中因為材料間有不同的晶格常數，因此在磊晶過程中會產生晶格不匹配的現象 因此材料接合處會產生兩種不同的應力，當應力過大時，會在接合處出現差排缺陷(dislocation)來釋放應力 造成漏電流提高 𝑎 𝐿 = 𝑎 𝑠𝑢𝑏 (晶格匹配)

舒張 or 收縮 𝑎 𝐿 < 𝑎 𝑠𝑢𝑏 (晶格不匹配：舒張形變) 𝑎 𝐿 > 𝑎 𝑠𝑢𝑏 (晶格不匹配：收縮形變)

n-GaN 厚度：≅4.5μm 磊晶溫度：1050℃ 主要功能：pn接面的n極，負責提供電子 Doping Si n-GaN 提供電子(GaN五價+Si四價=9價，多一顆電子) Doping Si n-GaN buffer layer Sapphire

多重量子井(MQW) Multiple Quantum Well，簡稱MQW 成份：InGaN/GaN (well/barrier) 主要功用：使電子電洞更容易侷限於主動區而增加復合機率。 barrier well 多重量子井，簡稱MQW多個量子井所組成的 讓載子傳輸的layer 利用不同材料的能隙(Eg)，產生well與barrier 導帶能量高躍遷至能量低的能階，必須要釋放能量，能量就是我們所看見的LED的光 Sapphire buffer layer Doping Si n-GaN In0.25Ga0.75N/GaN

P-GaN • 厚度： ≅ 0.2 µm • 磊晶溫度：950~1120℃ • 主要功用：為pn接面的p極，負責提供電洞。 Doping Mg p-GaN 提供電洞(GaN五價+Mg二價=7價，多一顆電洞) 以上，是利用MOCVD磊晶到P-GaN 可能還會看到其他layer，主要是改善LED的效率，但在這邊主要介紹基本的給各位 MQW Doping Si n-GaN buffer layer Sapphire

GaN─LED 製程流程 前段製程 磊晶 P型GaN 中段製程 黃光微影 曝光、顯影、蝕刻、清洗 後段製程 中段主要是利用半導體技術 來製作電極、透明導電層

完整晶圓 Sapphire Buffer layer N-GaN MQW P-GaN

上光阻 Sapphire Buffer layer N-GaN MQW P-GaN

曝光顯影 曝光 顯影 光罩 Sapphire Buffer layer N-GaN MQW P-GaN

蝕刻 + + + + + + Sapphire Buffer layer MQW P-GaN N-GaN 製作ITO

透明導電層 (TCL) 氧化銦錫Indium Tin Oxide (ITO) 對可見光有高透光性 低光吸收係數 具有電流散佈能力 ITO n-GaN Sapphire buffer layer MQW EBL Doping Mg p-GaN Doping Si n-GaN ITO 材料中有最佳的導電性(電阻比低) 因為怕所發出來的光，被吸收

去光阻 化學溶劑 Sapphire Buffer layer MQW P-GaN N-GaN

透明導電層(TCL) 成長ITO 去光阻 蝕刻 曝光 顯影 光罩 上光阻 P-GaN MQW N-GaN Buffer layer Sapphire Buffer layer MQW P-GaN N-GaN

電極(n/p contact) 曝光 成長金屬 去光阻 顯影 光罩 上光阻 P-GaN MQW N-GaN Buffer layer Sapphire Buffer layer MQW P-GaN N-GaN

GaN─LED 製程流程 前段製程 磊晶 P型GaN 中段製程 黃光微影 曝光、顯影、蝕刻、清洗 後段製程 研磨、切割、點測、分類、PI

後段製程 研磨製程 切割製程 點測製程 利於切割晶粒 量測元件光電特性 不同規格之晶粒分放置不同藍膜，在賣給不同需求的廠商 PI製程 分類

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