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照明知识

相比蓝绿光,红黄光在制程上有何特殊难点?

发布日期:2019-01-11


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。深圳富特明光电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。

  那么深圳富特明光电的做法是什么?作为红黄光LED的典型代表,CREE与OSRAM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。深圳富特明光电针对键合工艺一直在做深入的研究和优化,因此深圳富特明光电代理的CREE与OSRAM品牌光源反极性和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,CREE与OSRAM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,CREE与OSRAM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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