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相比蓝绿光,红黄 光在制程上有何特殊难点?
发布于:2019-01-09 10:22:03 点击量:

 红黄光一直比蓝 绿光贵,相比蓝绿光,红黄光在制程上有一些特殊难点,但是从来没有人能够说得完整而准确。乾照作为红黄光典型代表,对此是如何解释的?

  “红黄光难做 ”、“红黄光价格贵”一直是大家对于红黄光LED的印象,或许也有 你所提及的因素——相比蓝绿光,在公开渠道,红黄光比较难找到系统而完整的资料,因此它看上去似乎多了一层神秘面纱。今天我们针对此问题,对红黄光知识做了一些梳理。

  我们先明确红 黄光LED定义和具体波长的 应用领域:

  红黄光   LED(包含近红外 LED)的波长涵盖范围在 560 nm~940 nm左右,主要有以下 的应用领域:

  1.LED显示屏;

  2.阵列式数码应用;

  3.车灯应用(如车内氛围灯 /车外转向灯、尾灯 、刹车灯等);

  4.660 nm/690 nm/730 nm植物照明应用;

  5.620~630 nm商业照明应用;

  6.搭配白光的暖白照 明应用;

  7.红外监控、近距感 测等应用;

  8.生物识别应用 (虹膜辨识、人脸辨 识等);

  9.生医应用(脉搏监控、血氧监 控等)。

  10、基于四元材料产 品应用,目前VCSEL组件也属于四元材 料的关键技术范畴。

  ……

  那么问题来了 ,应用领域这么广阔,但常说红黄光难做,那么到底难在哪呢?

  下面,我们分 别从外延和芯片两个角度来谈谈红黄光的技术挑战。

  从外延角度来 说:

  红黄光   LED所采用的外延材料 与衬底之间的晶格匹配度较高,而蓝绿光LED所采用的外延材料 与衬底之间有比较大的晶格失配,因此红黄光LED的外延材料质量比 蓝绿光LED的外延材料质量要 高很多。但这并不意味着红黄光LED的外延生长就比蓝 绿光更容易。

  虽然目前蓝绿 光LED的外延材料质量不 如红黄光LED那么“完美”,但 蓝绿光LED的光电性能对材料 缺陷的容忍度相对大一些,因此仍然能够具有比较高的光电转换效率。这主要是由于蓝绿光LED量子阱中的铟组分 分布不均匀对载流子的局域化限制作用,以及量子阱中的V型坑所形成的势垒 对载流子的屏蔽作用。而虽然红黄光LED的外延材料质量更 高,但红黄光LED的光电性能对材料 缺陷更加敏感,即使是少量的材料缺陷都会严重影响红黄光LED的光电性能,因此 对红黄光LED的外延工艺提出了 更加“精益求精”的要求。

  此外,在关键 工艺上也有不少特殊的技术难点。

  目前,红黄光 LED在显示/指示等领域应用比 较多,但这些应用领域对LED外延片的均匀性有 比较高的要求。红黄光LED材料在生长过程当 中,会由于材料沉积 (coating)而导致生长系统随 时间变异,影响扰流而导致系统稳定性变差。

  那么的做法是 什么?作为红黄光LED的典型代表 ,我们的做法是将机 台之间的机差(Reactor-to-Reactor)、生长炉次间的差 异(Run-to-Run)、单炉生长的片间 差异(Wafer-to-Wafer)、以及片内均匀性 差异(Wafer-in-Wafer)调整至最小 ,目前可将红光四寸 外延片的波长均匀性99%控制到2 nm范围内。

  从芯片角度来 说:

  传统的红黄光 LED通常使用导电的砷 化镓衬底,其结构是电极分布在衬底上下两侧的垂直结构。而传统的蓝绿光LED通常使用绝缘的蓝 宝石衬底,其结构是电极分布在衬底同一侧的水平结构。从芯片制作工艺上来说,传统的红黄光LED相对容易一些。

  但红黄光 LED除了传统的垂直结 构以外,目前普遍使用的还有反极性结构,就是利用键合的方式将外延层转移到其它衬底上,然后再把砷化镓衬底剥离。键合技术是反极性结构产品良率与可靠性好坏的关键点之一。反极性结构的制作工艺比传统的垂直结构复杂 度和难度都高很多,目前国内只有少数几家公司能够生产高性能的反极性结构产品。

  此外,红黄光 LED也可以像蓝绿光 LED那样做成flip chip结构,其制作工艺 的复杂度和难度比传统垂直结构和反极性结构更高,目前能够量产flip chip红黄光LED的厂家更是少之又 少。

  所以,综合来 看,反极性产品和flip chip产品的键合工艺是 红黄光LED的一大难点。这层 材料除了作为外延层与衬底的黏附材料外,同时也提供了 LED的光学调制功能。 其工艺难点在于如何减少键合表面不平坦导致的孔洞。目前各家红黄光LED生产商在键合前的 处理与键合时的参数等方面都有自己的know how。除了键合参数以 外(如温度/时间/前处理等等 ),键合材料的成膜方 式与整体光学设计也很重要。此外,键合后的结构仍需满足后续工艺制程的要求,要能够耐酸碱、耐高温。

  由此看来,好 的键合工艺是产品良率的重要保证。乾照光电针对键合工艺一直在做深入的研究和优化,因此乾照光电生产的反极性和flip chip红黄光LED有着优异的光电性 能。比如:

  (1)针对小尺寸红光反 极性产品,乾照光电产品拥有 优异的抗ESD能力和领先业界水 准的光电特性。

  (2)Mini LED红光方面,乾照光电具备先进 的结构设计能力,并搭配成熟的键合 技术,在产品方面提供良 好的元件可靠性与良率。

  (3)红外LED方面,具备850/940 nm量产能力,性能水准达到业界 先进水平。

  (4)四寸外延片整体均 匀性控制良好,有效提高产品良率 。

  红黄光   LED的材料体系、生产 制造设备、外延和芯片技术等与VCSEL、Mini/Micro-LED、光通讯器件、微 波射频器件等热点技术领域有很多共同点,这赋予了掌握红黄光LED技术的企业更大的 想象空间。乾照也将为此不懈努力,我们一起拭目以待吧。




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