Nghiên cứu chế tạo điốt phát sáng (LED) dùng trong công nghiệp chiếu sáng

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
PHÒNG THÍ NGHIỆM CÔNG NGHỆ NANO

ĐỀ TÀI ĐỘC LẬP CẤP NHÀ NƯỚC
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ


BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI



NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ĐIÔT PHÁT
SÁNG (LED) DÙNG TRONG CÔNG
NGHIỆP CHIẾU SÁNG

Mã số: ĐTĐL.2007G/42



Cơ quan chủ trì đề tài: Phòng Thí Nghiệm Công Nghệ Nano
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Đặng Mậu Chiến

TP. Hồ Chí Minh, 10 - 2010



BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
PHÒNG THÍ NGHIỆM CÔNG NGHỆ NANO


ĐỀ TÀI ĐỘC LẬP CẤP NHÀ NƯỚC
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ

BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI



NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ĐIÔT PHÁT
SÁNG (LED) DÙNG TRONG CÔNG
NGHIỆP CHIẾU SÁNG

Mã số: ĐTĐL.2007G/42

Chủ nhiệm đề tài: Cơ quan chủ trì đề tài:
Phó Giám Đốc



PGS.TS. Đặng Mậu Chiến TS. Tống Duy Hiển
Ban chủ nhiệm chương trình Bộ Khoa học và Công nghệ

(ký tên) (ký tên và đóng dấu khi gửi lưu trữ)






TP. Hồ Chí Minh, 10 - 2010


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên chúng tôi xin tỏ lòng biết ơn đến Bộ Khoa học và Công nghệ đã hỗ
trợ và cấp kinh phí thực hiện đề tài này.
Nhóm nghiên cứu xin chân thành ghi nhận sự đóng góp hữu hiệu của các đối
tác nước ngoài và trong nước:
- Trung tâm Quang điện tử (COE) thuộc Đại học Quốc gia Singapore
(NUS) đã hợp tác đào tạo cán bộ và hỗ trợ thiết bị MOCVD cho phần
thực nghiệm chế tạ
o cấu trúc LED,
- Viện Nghiên cứu Vật liệu và Công nghệ (IMRE), Singapore đã hỗ trợ
thử nghiệm và đánh giá cấu trúc, chíp và bóng LED chế tạo,
- Công ty Cổ phần Năng lượng Mặt Trời Đỏ (RSE – JSC) và Công ty Cổ
phần Xuất nhập khẩu Điện tử Việt (Viettronimex) đã phối hợp ứng
dụng kết quả nghiên cứu và nhận xét đánh giá chất lượng các sản phẩm
chi
ếu sáng,
và mong muốn được tiếp tục cộng tác trong tương lai.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn:
- Vụ Khoa học Xã hội và Tự nhiên – Bộ KH&CN,
- Ban Giám đốc Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh,

- Ban Khoa học Công nghệ - ĐHQG TP. HCM,
- Phòng Thí nghiệm Công nghệ Nano,
- Và các cộng sự
đã chỉ đạo, tạo điều kiện thuận lợi, và động viên khích lệ chúng tôi hoàn
thành tốt đề tài này.

TP. Hồ
Chí Minh, tháng 8 – 2010
Chủ nhiệm đề tài


PGS. TS. Đặng Mậu Chiến
Đề tài NCKH: “Nghiên cứu chế tạo điôt phát sáng (LED) dùng trong công nghiệp chiếu sáng”
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Đặng Mậu Chiến - PTN CN Nano - ĐHQG TP. HCM 1
MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt 6
Danh mục các bảng 7
Danh mục các hình vẽ, đồ thị 9
MỞ ĐẦU 20
A. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước 20
B. Mục tiêu đề tài 22
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 24
1.1. Điôt phát sáng (LED) và lịch sử phát triển 24
1.2. Cấu trúc LED 25
1.2.1. Cấu trúc p-n 25
1.2.2. Cấu trúc tinh thể GaN 36
1.2.3. Giếng lượng tử trong cấu trúc LED 37
1.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phát sáng 38
1.3. Ứng dụng của bóng LED trong công nghiệp chiếu sáng 41

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ
TẠO CẤU TRÚC LED, CHÍP LED VÀ BÓNG LED 43

2.1. Phương pháp chế tạo các màng bán dẫn bằng công nghệ MOCVD
(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 43

2.1.1. Hệ thống điều khiển khí 44
2.1.2. Lò phản ứng đĩa quay 46
2.1.3. Các tiền chất sử dụng cho việc ngưng phủ của Gallium Nitride 48
2.1.4. Các đế cho heteroepitaxy 50
2.1.5. Tráng phủ GaN bằng MOCVD 52
Đề tài NCKH: “Nghiên cứu chế tạo điôt phát sáng (LED) dùng trong công nghiệp chiếu sáng”
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Đặng Mậu Chiến - PTN CN Nano - ĐHQG TP. HCM 2
2.2. Chíp LED (LED chip) 52
2.2.1. Cấu tạo chíp LED 52
2.2.2. Nguyên lý hoạt động 53
2.3. Lý thuyết chế tạo vi điện cực cho wafer LED 55
2.3.1. Lý thuyết quang khắc (photolithography) 56
2.3.2. Lý thuyết bốc bay chùm điện tử 59
2.3.3. Kỹ thuật khắc ICP (Inductively Coupled Plasma) 63
2.4. Bóng LED (LED lamp) 64
2.4.1. Cấu tạo bóng LED 64
2.4.2. Vật liệu đóng nắp LED 65
2.4.3. Phương pháp phủ phốtpho tạo bóng LED ánh sáng trắng 68
2.4.4. Một số khái niệm về các tính chất điện - quang của bóng LED 69
2.4.5. Đánh giá tuổi thọ bóng LED 75
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ CẤU TRÚC
LED 77

3.1. Thiết bị MOCVD EMCORE D125 77

3.2. Chế tạo cấu trúc LED trên đế sapphire – cấu trúc dạng 1 79
3.3. Chế tạo cấu trúc LED trên đế sapphire – cấu trúc dạng 2 83
3.3.1. Chế tạo màng GaN không pha tạp 84
3.3.2. Chế tạo màng GaN pha tạp loại n 84
3.3.3. Chế tạo màng InGaN 85
3.3.4. Chế tạo cấu trúc đa giếng lượng tử InGaN/GaN 85
3.3.5. Chế tạo màng AlGaN 86
3.3.6. Chế tạo màng GaN pha tạp loại p 87
3.3.7. Chế tạo cấu trúc LED dạng 2 87
Đề tài NCKH: “Nghiên cứu chế tạo điôt phát sáng (LED) dùng trong công nghiệp chiếu sáng”
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Đặng Mậu Chiến - PTN CN Nano - ĐHQG TP. HCM 3
3.4. Nghiên cứu đánh giá bề mặt các màng bán dẫn chế tạo 88
3.4.1. Kết quả đánh giá bề mặt mẫu bằng kính hiển vi lực nguyên tử
(Atomic Force Microscopy - AFM) 88

3.4.2. Kết quả đánh giá bề mặt mẫu bằng kính hiển vi điện tử quét
(Scanning Electron Microscopy - SEM) 92

3.5. Nghiên cứu đánh giá cấu trúc các màng bán dẫn chế tạo 95
3.5.1. Kết quả đánh giá cấu trúc mẫu bằng nhiễu xạ tia X độ phân giải
cao (High-Resolution X-ray Diffraction - HR-XRD) 95

3.5.2. Kết quả phân tích phổ Raman 100
3.6. Nghiên cứu đánh giá tính chất quang của mẫu bằng phương pháp
đo phát xạ quang học (photoluminescence) ở nhiệt độ phòng (RT-
PL) 102

3.7. Nghiên cứu tính chất điện của các màng bán dẫn chế tạo 107
3.7.1. Kết quả đánh giá độ linh động của hạt tải bằng phương pháp đo
Hall 107

3.7.2. Kết quả đo điện trở bằng phương pháp đo điện trở 4 đầu dò 109
CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CHÍP LED ÁNH SÁNG
XANH 112

4.1. Thiết kế bộ mặt nạ (mask) cho các công đoạn quang khắc bằng
phần mềm CleWin 112

4.1.1. Giới thiệu phần mềm CleWin 112
4.1.2. Thiết kế bộ Mask cho chíp LED 114
4.2. Quy trình công nghệ chế tạo chíp LED ánh sáng xanh 116
4.2.1. Làm sạch wafer LED 119
4.2.2. Công đoạn tạo mesa cho n-contact 120
4.2.3. Công đoạn chế tạo n-contact 130
4.2.4. Công đoạn chế tạo p-contact 138
4.2.5. Công đoạn chế tạo p-bond pad 143
Đề tài NCKH: “Nghiên cứu chế tạo điôt phát sáng (LED) dùng trong công nghiệp chiếu sáng”
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Đặng Mậu Chiến - PTN CN Nano - ĐHQG TP. HCM 4
4.2.6. Nung ủ nhiệt các màng kim loại 148
4.3. Đánh giá các tính chất điện-quang của chíp LED chế tạo 150
4.3.1. Đánh giá đặc tuyến I-V và đặc tuyến quang - điện của chíp LED 152
4.3.2. Đánh giá tính chất quang của chíp LED 155
CHƯƠNG 5: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BÓNG LED
ÁNH SÁNG TRẮNG 159

5.1. Công nghệ chế tạo bóng LED ánh sáng trắng 159
5.1.1. Cắt wafer LED ra từng chíp riêng lẻ 160
5.1.2. Dán chíp lên cốc (cup) phản xạ 165
5.1.3. Hàn dây vàng vào hai điện cực (Wire bonding) 169
5.1.4. Phủ chất huỳnh quang tạo bóng LED phát ánh sáng trắng 171

5.1.5. Đóng nắp bóng LED 174
5.1.6. Chạy thử nghiệm bóng LED 176
5.2. Kiểm tra tính chất điện - quang và thử nghiệm bóng LED chế tạo 177
5.2.1. Tính chất điện của bóng LED 180
5.2.2. Tính chất quang của bóng LED 182
5.2.3. Thử nghiệm đánh giá tuổi thọ bóng LED chế tạo 187
CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CÁC SẢN PHẨM CHIẾU
SÁNG SỬ DỤNG BÓNG LED 199

6.1. Đèn sạc điện xách tay sử dụng 24 và 28 bóng LED (model: LNT-
SLL01, LNT- SLL02) 199

6.1.1. Thiết kế kết cấu 199
6.1.2. Nguyên lý hoạt động và quy trình vận hành 201
6.1.3. Một số hình ảnh các chi tiết chế tạo 204
6.1.4. Sản phẩm chế tạo và thương mại hóa sản phẩm 206
6.2. Đèn sạc điện sử dụng 60 bóng LED (model: LNT-SLL04) 208
Đề tài NCKH: “Nghiên cứu chế tạo điôt phát sáng (LED) dùng trong công nghiệp chiếu sáng”
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Đặng Mậu Chiến - PTN CN Nano - ĐHQG TP. HCM 5
6.2.1. Thiết kế và các chi tiết được chế tạo 208
6.2.2. Sản phẩm đèn sạc điện sử dụng 60 bóng LED 209
6.3. Đèn chiếu sáng tự động sử dụng 56 bóng LED (model: LNT-
LAL01) 210

6.3.1. Thiết kế 210
6.3.2. Nguyên lý hoạt động 213
6.3.3. Ảnh một số chi tiết của đèn LNT-LAL01 được chế tạo 215
6.3.4. Sản phẩm chế tạo và hiệu quả ứng dụng 217
6.4. Đèn dài tiết kiệm năng lượng sử dụng 108 bóng LED (model:
LNT-LLL01) 221

6.4.1. Thiết kế kết cấu 221
6.4.2. Nguyên lý hoạt động đèn LNT-LLL01 223
6.4.3. Một số hình ảnh các chi tiết chế tạo 223
6.4.4. Sản phẩm chế tạo 225
KẾT LUẬN 226
TÀI LIỆU THAM KHẢO 234
PHỤ LỤC: DANH MỤC CÁC VĂN BẢN TÀI LIỆU MINH CHỨNG 240












Đề tài NCKH: “Nghiên cứu chế tạo điôt phát sáng (LED) dùng trong công nghiệp chiếu sáng”
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Đặng Mậu Chiến - PTN CN Nano - ĐHQG TP. HCM 6
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
AFM Kính hiển vi lực nguyên tử (Atomic Force Microscopy)
ccm Đơn vị đo lưu lượng: centimét khối trên phút (Cubic
centimeter per minute)
cd Đơn vị đo cường độ sáng (candela)
CIE Ủy ban quốc tế về chiếu sáng (tiếng Pháp: Commission
International de l’Eclaire, tiếng Anh: International Commssion
on Illumination)

COE Trung tâm Quang Điện Tử (Center for Optoelectronics) - Đại
học Quốc Gia Singapore (National University of Singpore -
NUS)
E
g
Năng lượng vùng cấm (Energy gap)
FWHM Độ bán rộng (Full Width at Half Maximum)
HR-XRD Nhiễu xạ tia X độ phân giải cao (high-resolution X-ray
diffraction)
ICP Khắc plasma cao tần cảm ứng (Inductively Coupled Plasma)
IMRE Viện Nghiên cứu Vật liệu và Công nghệ (Institute of Materials
Research and Engineering) - Singapore
LED Điôt phát quang (Light Emitting Diode)
LNT Phòng Thí Nghiệm Công Nghệ Nano (Laboratory of
Nanotechnology) – Đại học Quốc gia TP. HCM
lm Đơn vị đo quang thông (lumen)
LPE Liquid Phase Epitaxy
MFC Bộ điều khiển theo khối lượng dòng (Mass Flow Controller)
MOCVD Phủ màng vật liệu bằng thể hóa kim cơ (Metal Organic
Chemical Vapor Deposition)
MQW Cấu trúc đa giếng lượng t
ử (Multiple-Quantum Well)
PC Chuyển đổi huỳnh quang (Phosphor Converter)
PL Phổ phát quang (Photoluminescence)
PRS LED Phương pháp Schuber (Photon-recycling Semiconductor LED)
RT-PL Phổ phát quang ở nhiệt độ phòng (Room Temparature –
Photoluminescence)
SEM Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope )
TMAl TrimethylAluminum
TMGa TrimethylGallium

TMIn TrimethylIndium
UV Cực tím (Ultra Violet)
YAG:Ce Ytrium Allumium Garnet pha tạp Cedium
Đề tài NCKH: “Nghiên cứu chế tạo điôt phát sáng (LED) dùng trong công nghiệp chiếu sáng”
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Đặng Mậu Chiến - PTN CN Nano - ĐHQG TP. HCM 7
Danh mục các bảng
Bảng 1.1 Thông số cấu trúc và tính chất vật lý của tinh thể GaN cấu
trúc Wurtzite [1] 37

Bảng 1.2 So sánh một số tính chất của InGaN/GaN sử dụng khí mang
là hyđrô và nitơ 40

Bảng 2.1 Hệ số A và B cho các hợp kim kim cơ nhóm III phổ biến nhất 49
Bảng 2.2 Tốc độ phân hủy ammonia ở điều kiện cân bằng nhiệt động
áp suất khí quyển và áp suất yếu hơn 50

Bảng 2.3 Nguồn sáng sử dụng cho chiếu sáng 59
Bảng 3.1 Các thông số công nghệ chế tạo cấu trúc LED dạng 1 82
Bảng 3.2 Các thông số công nghệ chế tạo màng GaN không pha tạp 84
Bảng 3.3 Các thông số công nghệ chế tạo màng GaN pha tạp loại n 84
Bảng 3.4 Các thông số công nghệ chế tạo màng InGaN 85
Bảng 3.5 Các thông số công nghệ chế tạo cấu trúc đa giếng lượng tử
InGaN/GaN 86

Bảng 3.6 Các thông số công nghệ chế tạo màng AlGaN 86
Bảng 3.7 Các thông số công nghệ chế tạo màng GaN pha tạp loại p 87
Bảng 3.8 Các thông số công nghệ chế tạo cấu trúc LED dạng 2 88
Bảng 3.9 Giá trị điện trở màng thu được 111
Bảng 4.1 Các đặc tính vật lý và hóa học của photoresist dương AZ
5214E 120

Bảng 4.2 Độ dày tương ứng với tốc độ quay phủ 121
Bảng 4.3 Thông số công nghệ của quá trình quang khắc n-contact 131
Bảng 4.4 Tính chất vật lý của các vật liệu bốc bay 133
Bảng 4.5 Thông số công nghệ sử dụng cho quá trình quang khắc p-
contact 138

Đề tài NCKH: “Nghiên cứu chế tạo điôt phát sáng (LED) dùng trong công nghiệp chiếu sáng”
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Đặng Mậu Chiến - PTN CN Nano - ĐHQG TP. HCM 8
Bảng 4.6 Thông số công nghệ cho quá trình quang khắc cho p-bond
pad 143

Bảng 4.7 Bảng so sánh các thông số điện - quang của 2 loại chíp LED
(LNT-C6, LNT-C3) với chỉ tiêu đăng ký 158

Bảng 5.1 Tính chất cơ bản của epoxy LE-1201 172
Bảng 5.2 Tỉ lệ khối lượng phốtpho trong epoxy của các bóng LED 173
Bảng 5.3 Điện áp thuận của các bóng LED khi cấp dòng 20 mA 180
Bảng 5.4 Cường độ sáng, góc quan sát, quang thông và hiệu suất
quang điện của các bóng LED tại dòng 20 mA 182

Bảng 5.5 Độ tinh khiết của màu và tọa độ màu của các bóng LED chế
tạo 184

Bảng 5.6 Bảng so sánh các tính chất điện - quang của 2 loại bóng LED
(LNT-L6, LNT-L3) và bóng LED trên thị trường 186

Bảng 5.7 Kết quả đánh giá tính chất điện - quang của 2 loại bóng LED
ánh sáng trắng tại Viện IMRE – Singapore 187

Bảng 5.8 Các thông số ban đầu của 15 bóng LED và giá trị của biến trở
trong mạch thực tế 191
















Đề tài NCKH: “Nghiên cứu chế tạo điôt phát sáng (LED) dùng trong công nghiệp chiếu sáng”
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Đặng Mậu Chiến - PTN CN Nano - ĐHQG TP. HCM 9
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Hình 1.1 Cấu trúc cơ bản của điôt 25
Hình 1.2 Lớp chuyển tiếp p – n khi hai bán dẫn chưa tiếp xúc (trái) và
khi hai bán dẫn tiếp xúc ở trạng thái cân bằng (phải) 27

Hình 1.3 Lớp chuyển tiếp p – n với điện áp thuận 32
Hình 1.4 Lớp chuyển tiếp p – n với điện áp ngược 34
Hình 1.5 Đặc tuyến I-V của lớp chuyển tiếp p – n 34
Hình 1.6 Cấu trúc Wurtzite của tinh thể GaN 37
Hình 1.7 Quá trình đưa các hạt thiểu số vào lớp p – n phân cực thuận,

hạt tải bị giam trong giếng dẫn đến phát ra các bức xạ tự phát
mạnh hơn 38

Hình 1.8 Quá trình giam hãm các điện tử và lỗ trống bên trong giếng 38
Hình 1.9 Cấu trúc giếng lượng tử và các mức năng lượng 39
Hình 1.10 Cấu trúc giếng lượng tử tuần hoàn 40
Hình 1.11 Ứng dụng LED trong nông nghiệp 41
Hình 1.12 Ứng dụng LED trong đèn chiếu sáng 41
Hình 2.1 Nguyên lý phương pháp MOCVD 43
Hình 2.2 Sơ đồ của hệ thống điều khiển khí của MOCVD 44
Hình 2.3 Sơ đồ minh họa của quá trình vận chuyển các tiền chất dạng
lỏng từ bubbler 45

Hình 2.4 Luồng khí qua lò phản ứng đĩa quay 47
Hình 2.5 Cấu trúc mạng của shappire. Các mặt mạng của nhôm với sự
sắp xếp của các vị trí bị khuyết được minh họa ở hình bên trái.
Những mặt này được xen vào bởi các lớp oxygen có cấu trúc
sáu phương xếp chặt 51

Hình 2.6 Cấu tạo của chíp LED 52
Hình 2.7 Quá trình kết hợp lỗ trống và điện tử phát ra photon 53
Đề tài NCKH: “Nghiên cứu chế tạo điôt phát sáng (LED) dùng trong công nghiệp chiếu sáng”
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Đặng Mậu Chiến - PTN CN Nano - ĐHQG TP. HCM 10
Hình 2.8 Chu trình trong chế tạo vi điện cực cho chíp LED 55
Hình 2.9 Phương pháp quay phủ 58
Hình 2.10 Sơ đồ một hệ bốc bay chùm điện tử 60
Hình 2.11 Cấu trúc hình học của màng tạo thành bởi (a) những đám
phân tử mật độ thấp và (b) những đám phân từ mật độ cao 62

Hình 2.12 Giản đồ nguyên lý của ICP 64

Hình 2.13 Cấu tạo của bóng LED 64
Hình 2.14 LED (a) không có, (b) có chất đóng nắp dạng vòm. Góc thoát
sáng lớn hơn khi LED có vòm epoxy, (c) Tỉ số tính toán của
hiệu suất thoát sáng phát ra qua bề mặt của LED phẳng khi
có và không có epoxy dạng vòm. Chiết suất epoxy điển hình từ
1,4 đến 1,8 66

Hình 2.15 Cấu trúc hóa học của polymer: nhựa epoxy, polymer silicon,
và poly methyl methacrylate (PMMA) được dùng đóng nắp
LED. Trong cấu trúc silicon, X và Y đại diện cho các nguyên
tố hoặc phân tử: H, CH
3
(methyl), C
6
H
5
(phenyl) 67
Hình 2.16 (a) Cơ chế tạo LED ánh sáng trắng bằng cách phủ phốtpho
ánh sáng vàng lên chíp LED xanh dương; (b) Quang phổ của
LED ánh sáng trắng theo cơ chế ở hình a [20] 69

Hình 2.17 Góc quan sát 71
Hình 2.18 Độ nhạy tương đối của mắt theo bước sóng - nguồn
www.sisl.ch 71

Hình 2.19 Các hàm độ nhạy của 3 loại tế bào hình nón theo bước sóng 72
Hình 2.20 Biểu đồ màu CIE – nguồn Wikipedia 73
Hình 2.21 Biểu đồ màu xác định độ tinh khiết từ tọa độ màu (x; y) và
điểm cân bằng năng lượng (xee; yee), các vị trí đặc trưng của
LED màu xanh lá, xanh dương và đỏ 74

Hình 2.22 Đồ thị ảnh hưởng của nhiệt độ mối nối đến tuổi thọ bóng
LED 76

Hình 2.23 Đồ thị ảnh hưởng của cường độ dòng thuận I
f
đến tuổi thọ
bóng LED 76

Hình 3.1 Hệ thống MOCVD Emcore D125 – tại COE (NUS) 77
Đề tài NCKH: “Nghiên cứu chế tạo điôt phát sáng (LED) dùng trong công nghiệp chiếu sáng”
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Đặng Mậu Chiến - PTN CN Nano - ĐHQG TP. HCM 11
Hình 3.2 Sơ đồ cấu tạo buồng phản ứng MOCVD Emcore D125 77
Hình 3.3 Ảnh chụp thiết bị đo tốc độ tráng phủ màng Filmetrics 78
Hình 3.4 Các máy tính điều khiển hệ thống MOCVD 78
Hình 3.5 Cấu trúc LED chế tạo 81
Hình 3.6 Cơ chế làm việc của kính hiển vi lực nguyên tử 89
Hình 3.7 Thiết bị AFM (NanoTec Electronica S.L) – tại LNT 89
Hình 3.8 Ảnh chụp AFM của màng GaN không pha tạp 90
Hình 3.9 Ảnh chụp AFM của màng GaN pha tạp loại n 90
Hình 3.10 Ảnh chụp AFM của mẫu InGaN/GaN MQW 91
Hình 3.11 Thiết bị SEM JSM-6480LV – tại LNT 92
Hình 3.12 Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử quét 93
Hình 3.13 Ảnh chụp SEM của mẫu màng GaN không pha tạp 94
Hình 3.14 Ảnh chụp SEM của mẫu màng GaN pha tạp loại n 94
Hình 3.15 Nguyên lý phương pháp đánh giá bằng tia X 95
Hình 3.16 Thiết bị HR-XRD X’Pert (Philips) – tại COE (NUS) 95
Hình 3.17 Kết quả XRD quét Omega-2Theta mặt (0002) mẫu GaN
không pha tạp 96

Hình 3.18 Ảnh nhiễu xạ tia X quét Omega-2Theta mặt (0002) mẫu
InGaN 97

Hình 3.19 Ảnh nhiễu xạ tia X quét Omega-2Theta mặt (0002) của mẫu
InGaN/GaN MQW (3 period) 98

Hình 3.20 Mô phỏng dữ liệu nhiễu xạ mặt (0002) 98
Hình 3.21 Thiết lập các thông số của màng MQW trên phần mềm mô
phỏng X’Pert Epitaxy và Smoothfit 99

Hình 3.22 Kết quả mô phỏng của màng MQW 99
Hình 3.23 Ảnh chụp thiết bị Raman Labram 300 (Jobin Yvon) – tại LNT 100
Hình 3.24 Phổ Raman của lớp n-GaN 101
Đề tài NCKH: “Nghiên cứu chế tạo điôt phát sáng (LED) dùng trong công nghiệp chiếu sáng”
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Đặng Mậu Chiến - PTN CN Nano - ĐHQG TP. HCM 12
Hình 3.25 Phổ Raman của lớp đa giếng lượng tử 101
Hình 3.26 Phổ Raman của lớp p-GaN 102
Hình 3.27 Sơ đồ nguyên lý phương pháp PL (Photoluminescence) 103
Hình 3.28 Ảnh chụp thiết bị Rpm 2000 (Accent) – tại IMRE 103
Hình 3.29 Đồ thị PL và PL mapping của mẫu AlGaN 104
Hình 3.30 Đồ thị PL và PL mapping của mẫu InGaN/GaN MQW (3
period) 105

Hình 3.31 Đồ thị PL và PL mapping của mẫu cấu trúc LED 106
Hình 3.32 Hiệu ứng Hall 107
Hình 3.33 Ảnh chụp thiết bị HL 5500 – tại IMRE 108
Hình 3.34 Kết quả đo Hall của mẫu n-GaN 109
Hình 3.35 Thiết bị đo điện trở mặt bốn đầu dò QuadProS302-8 (Lucas
Labs Division) – tại LNT 110

Hình 3.36 Mô hình đo điện trở mặt bằng phương pháp bốn đầu dò 110
Hình 3.37 Kết quả đo điện trở màng mỏng p-GaN 111
Hình 4.1 Hình dạng (hình trái) và thông số kỹ thuật (hình phải) của
Mask 1 114

Hình 4.2 Hình dạng (hình trái) và thông số kỹ thuật (hình phải) của
Mask 2 115

Hình 4.3 Hình dạng (hình trái) và thông số kỹ thuật (hình phải) của
Mask 3 115

Hình 4.4 Hình dạng (hình trái) và thông số kỹ thuật (hình phải) của
Mask 4 116

Hình 4.5 Đầu vào - đầu ra của quy trình chế tạo chíp LED 117
Hình 4.6 Quy trình công nghệ chế tạo chíp LED trên wafer LED 118
Hình 4.7 Thiết bị Wet bench (S.P.M s.r.l) - tại LNT 119
Hình 4.8 Quá trình quang khắc tạo phần mesa cho n-contact 120
Hình 4.9 Quá trình quay phủ photoresist 121
Đề tài NCKH: “Nghiên cứu chế tạo điôt phát sáng (LED) dùng trong công nghiệp chiếu sáng”
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Đặng Mậu Chiến - PTN CN Nano - ĐHQG TP. HCM 13
Hình 4.10 Thiết bị Spinner DELTA 6RC (SUSS Microtec) – tại LNT 122
Hình 4.11 Thiết bị Hot Plate 6 HP (SUSS Microtec) – tại LNT 123
Hình 4.12 Thiết bị Mask Aligner MJB4 (SUSS Microtec) - tại LNT 124
Hình 4.13 Quá trình chiếu tia UV ứng với Mask 1 trên thiết bị Mask
Aligner MJB4 125

Hình 4.14 Cấu trúc LED sau khi quang khắc tạo phần mesa cho n-
contact 126

Hình 4.15 Thiết bị Dektak 6M (Veeco) – tại LNT 126
Hình 4.16 Hình ảnh bề mặt cấu trúc LED sau khi quang khắc tạo phần
mesa 127

Hình 4.17 Thiết bị BX 61-OLYMPUS – tại LNT 127
Hình 4.18 Thiết bị ICP - Unaxis SLR-7701-8R – tại IMRE 128
Hình 4.19 Phần n-contact được khắc bởi thiết bị khắc khô ICP 129
Hình 4.20 Hình dạng cấu trúc LED sau quá trình ăn mòn 129
Hình 4.21 Ảnh SEM phần n-contact được khắc bởi thiết bị khắc khô
ICP 130

Hình 4.22 Cấu trúc LED sau khi khắc mesa cho phần n-contact 130
Hình 4.23 Quá trình chiếu tia UV ứng với Mask 2 trên thiết bị Mask
Aligner MJB4 131

Hình 4.24 Cấu trúc LED sau khi quang khắc cho n-contact 132
Hình 4.25 Hình ảnh bề mặt cấu trúc LED sau khi quang khắc cho n-
contact 132

Hình 4.26 Hệ bốc bay E-beam evaporator EB-4P (Torrs International) –
tại LNT 134

Hình 4.27 Wafer LED 2 inch sau khi phủ các màng kim loại cho n-
contact 135

Hình 4.28 Cấu trúc LED sau khi được tráng phủ các màng kim loại cho
n-contact 136

Hình 4.29 Cấu trúc LED sau khi lift-off tạo n-contact 137
Đề tài NCKH: “Nghiên cứu chế tạo điôt phát sáng (LED) dùng trong công nghiệp chiếu sáng”

Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Đặng Mậu Chiến - PTN CN Nano - ĐHQG TP. HCM 14
Hình 4.30 Hình ảnh điện cực n-contact sau quá trình lift-off 137
Hình 4.31 Quá trình chiếu tia UV ứng với Mask 3 trên thiết bị Mask
Aligner MJB4 138

Hình 4.32 Cấu trúc LED sau khi quang khắc cho p-contact 139
Hình 4.33 Ảnh chụp bề mặt cấu trúc LED sau khi quang khắc cho p-
contact 139

Hình 4.34 Wafer LED 2 inch sau khi phủ các màng kim loại cho p-
contact 141

Hình 4.35 Cấu trúc LED sau khi tráng phủ màng kim loại cho p-contact 141
Hình 4.36 Cấu trúc LED sau khi lift-off tạo p-contact 142
Hình 4.37 Hình ảnh điện cực p-contact sau quá trình lift-off 143
Hình 4.38 Quá trình chiếu tia UV ứng với Mask 4 trên thiết bị Mask
Aligner MJB4 144

Hình 4.39 Cấu trúc LED sau khi quang khắc cho p-bond bad 144
Hình 4.40 Bề mặt cấu trúc LED sau khi quang khắc cho p-bond pad 145
Hình 4.41 Wafer LED 2 inch sau khi tráng phủ màng Au cho p-bond
pad 146

Hình 4.42 Cấu trúc LED sau khi được tráng phủ kim loại vàng cho p-
bond pad 146

Hình 4.43 Cấu trúc LED sau khi lift-off tạo p-bond pad 147
Hình 4.44 Hình ảnh điện cực p-bond pad sau quá trình lift-off 147
Hình 4.45 Thiết bị nung ủ JEFIRST 150 - tại IMRE 148
Hình 4.46 Cấu tạo thiết bị xử lý nhiệt nhanh (RTP) 149

Hình 4.47 Hình ảnh bề mặt wafer LED (a) trước và (b) sau khi nung ủ 149
Hình 4.48 Hệ LED chip Tester ELT 1000 (Ecopia) – tại LNT 150
Hình 4.49 Các bước thao tác đo đặc trưng I-V của chíp LED 151
Hình 4.50 Đóng cửa buồng tối tránh ánh sáng nhiễu từ bên ngoài 152
Hình 4.51 Hình ảnh chíp LED phát sáng khi cấp dòng 20 mA 152
Đề tài NCKH: “Nghiên cứu chế tạo điôt phát sáng (LED) dùng trong công nghiệp chiếu sáng”
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Đặng Mậu Chiến - PTN CN Nano - ĐHQG TP. HCM 15
Hình 4.52 Đặc tuyến I-V của một số điôt làm từ những vật liệu bán dẫn
thông dụng 153

Hình 4.53 Đặc tuyến I-V (hình trái) và đặc tuyến quang - điện (hình
phải) của chíp LED dạng 1 154

Hình 4.54 Đặc tuyến I-V (hình trái) và đặc tuyến quang - điện (hình
phải) của chíp LED dạng 2 154

Hình 4.55 Kết quả đo các thông số đặc trưng V
f,
I
v,
λ
d,
λ
P,
I
r,
P
e
của chíp
LED dạng 1 156

Hình 4.56 Kết quả đo các thông số đặc trưng V
f,
I
v,
λ
d,
λ
P,
I
r,
P
e
của chíp
LED dạng 2 156

Hình 4.57 Biểu đồ màu CIE của chíp LED dạng 1 157
Hình 4.58 Biểu đồ màu CIE của chíp LED dạng 2 157
Hình 5.1 Đầu vào - đầu ra của quy trình chế tạo bóng LED ánh sáng
trắng 159

Hình 5.2 Quy trình công nghệ chế tạo bóng LED ánh sáng trắng 160
Hình 5.3 Thiết bị cắt NDS 150 – tại LNT 161
Hình 5.4 Đế (wafer) LED 2 inch 161
Hình 5.5 Các chíp LED trên đế LED 2 inch 162
Hình 5.6 Khung giữ đế LED 2 inch 163
Hình 5.7 Thanh điều khiển trục X, Y 164
Hình 5.8 Thực hiện cắt đế LED 2 inch 164
Hình 5.9 Thành phẩm chíp LED sau khi được cắt 165
Hình 5.10 Ảnh chụp khung dẫn diện sử dụng chế tạo bóng LED 166

Hình 5.11 Các thông số của khung dẫn điện 166
Hình 5.12 Khung dẫn điện đã được cố định nhờ hai bản kẹp 167
Hình 5.13 Thiết bị Dispenser OKI/DX350 (Techcon Systems) – tại LNT 167
Hình 5.14 Sử dụng thiết bị Dispenser nhỏ keo vào cốc (cup) phản xạ của
khung dẫn điện 168

Đề tài NCKH: “Nghiên cứu chế tạo điôt phát sáng (LED) dùng trong công nghiệp chiếu sáng”
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Đặng Mậu Chiến - PTN CN Nano - ĐHQG TP. HCM 16
Hình 5.15 Thiết bị gắp chíp Die bonder 7316C (Westbond) - tại LNT 168
Hình 5.16 (a) Giai đoạn gắp chíp đặt vào cốc phản xạ, (b) chíp LED sau
khi dán vào cốc 169

Hình 5.17 Thiết bị hàn dây Wire Bonding 4524AD (K&S) - tại LNT 169
Hình 5.18 Chuẩn bị cho công đoạn hàn dây 170
Hình 5.19 Các bước hàn dây vào hai điện cực của chíp LED: (a) tạo mối
hàn tại cực âm của chíp LED; (b) hàn dây vàng vào catốt của
khung dẫn điện; (c) hoàn chỉnh bước hàn dây 171

Hình 5.20 Khuấy hỗn hợp phốtpho-epoxy bằng thiết bị khuấy từ L-81
(Velp/ ATE Labinco) 173

Hình 5.21 Phủ hỗn hợp phốtpho-epoxy lên chíp LED 174
Hình 5.22 Trộn hỗn hợp keo epoxy sử dụng máy khuấy từ L-81 (Velp/
ATE Labinco) 175

Hình 5.23 Sử dụng thiết bị Dispenser để đóng nắp bóng LED 176
Hình 5.24 Các mẫu sau khi đã đóng nắp bóng LED 176
Hình 5.25 Sản phẩm LED (a) hoàn chỉnh, (b) nhìn từ bên cạnh, (c)
nhìn từ trên xuống 177

Hình 5.26 Ánh sáng phát ra từ bóng LED khi áp dòng 20 mA 177
Hình 5.27 Hệ LED chip tester ELT 1000 (Ecopia) – tại LNT 178
Hình 5.28 Thiết bị FL-200 LED (Hopu Optoelectronics) – tại LNT 179
Hình 5.29 Các khoảng cách chuẩn đo cường độ sáng của LED (CIE) 180
Hình 5.30 Đặc tuyến dòng – áp của (a) bóng LED LNT-L6 và các bóng
LED LNT-L3: (b) P0; (c) P1; (d) P2; (e) P3; (f) P4; (g) P5 181

Hình 5.31 Phổ phát xạ của (a) bóng LED LNT-L6 và các bóng LED
LNT-L3: (b) P0; (c) P1; (d) P2; (e) P3; (f) P4; (g) P5 183

Hình 5.32 Biểu đồ màu của (a) bóng LED LNT-L6 và các bóng LED
LNT-L3: (b) P0; (c) P1; (d) P2; (e) P3; (f) P4; (g) P5 186

Hình 5.33 Mô hình mạch dùng trong phép đo tuổi thọ bóng LED 189
Đề tài NCKH: “Nghiên cứu chế tạo điôt phát sáng (LED) dùng trong công nghiệp chiếu sáng”
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Đặng Mậu Chiến - PTN CN Nano - ĐHQG TP. HCM 17
Hình 5.34 Ảnh chụp mạch thực tế dùng trong phép đo tuổi thọ bóng
LED 190

Hình 5.35 Đồng hồ vạn năng VOAm Wellink-HL 3000 190
Hình 5.36 Quang thông tương đối theo thời gian ứng với cường độ dòng
điện 20 mA 193

Hình 5.37 Quang thông tương đối theo thời gian ứng với cường độ dòng
điện 25 mA 194

Hình 5.38 Quang thông tương đối theo thời gian ứng với cường độ dòng
điện 30 mA 195

Hình 5.39 Quang thông tương đối theo thời gian ứng với cường độ dòng

điện 35 mA 196

Hình 5.40 Quang thông tương đối theo thời gian ứng với cường độ dòng
điện 40 mA 197

Hình 5.41 Đồ thị ảnh hưởng của cường độ dòng thuận I
f
đến tuổi thọ
bóng LED 197

Hình 6.1 Sơ đồ cấu tạo của đèn sạc điện xách tay sử dụng 24 và 28
bóng LED 201

Hình 6.2 Sơ đồ khối nguyên lý hoạt động của đèn sạc điện sử dụng 24-
28 bóng LED 202

Hình 6.3 Ảnh các chi tiết cơ khí chế tạo cho đèn sạc điện xách tay
LNT-SLL01 và LNT- SLL02 204

Hình 6.4 Ảnh mạch điện và tấm phản quang đèn 24 LED (bên trái) và
đèn 28 LED (bên phải) 204

Hình 6.5 Ảnh thể hiện kết nối các linh kiện điện tử cho đèn LNT-
SLL01 và LNT- SLL02 205

Hình 6.6 Logo “LNT” và “Laboratory for Nanotechnology” được gắn
trên các mạch điện chế tạo 205

Hình 6.7 Đèn sạc tiết kiệm năng lượng sử dụng bóng LED được Cục
Sở hữu Trí tuệ cấp Bằng độc quyền 206

Hình 6.8 Brochure giới thiệu sản phẩm đèn chiếu sáng sử dụng bóng
LED (model: LNT-SLL01 / SLL02) 206

Đề tài NCKH: “Nghiên cứu chế tạo điôt phát sáng (LED) dùng trong công nghiệp chiếu sáng”
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Đặng Mậu Chiến - PTN CN Nano - ĐHQG TP. HCM 18
Hình 6.9 Bao bì đóng gói cho các đèn chiếu sáng được thiết kế chuyên
nghiệp nhằm mục đích đưa sản phẩm ra thị trường người tiêu
dùng 207

Hình 6.10 Lễ chuyển giao công nghệ sản xuất đèn sạc điện sử dụng
bóng LED giữa LNT và RSE 207

Hình 6.11 Ảnh 3 tấm mạch điện bóng LED (bên trái) và hai tấm gá
phản quang (bên phải) 208

Hình 6.12 Mạch đèn 60 bóng LED được lắp ráp vào 2 tấm gá phản
quang nhờ vào 3 thanh inox 208

Hình 6.13 Đèn sạc điện xách tay LNT-SLL04 đã được chế tạo LNT 209
Hình 6.14 Thí nghiệm so sánh độ sáng đèn SLL04 (bên trái) với đèn
huỳnh quang thị trường 12 W (ở giữa) 209

Hình 6.15 Sơ đồ cấu tạo của đèn chiếu sáng tự động sử dụng 56 bóng
LED (model: LNT-LAL01) 211

Hình 6.16 Sơ đồ cung cấp nguồn điện và nguyên lý hoạt động của đèn 213
Hình 6.17 Sơ đồ nguyên lý họat động của cảm biến quang và mạch điều
khiển tự động trong đèn LNT-LAL01 214

Hình 6.18 Đế đèn, chụp đèn và mặt bích của model LNT-LAL01 215
Hình 6.19 Mạch bóng LED và tấm mặt nạ phản quang (bên trên), mạch
điều khiển và mạch điện bóng LED được gắn logo LNT (bên
dưới) 216

Hình 6.20 Ảnh thể hiện kết nối các linh kiện của đèn LNT-LAL01 217
Hình 6.21 Đèn chiếu sáng tự động LNT-LAL01: dạng 1 gắn trực tiếp
trên tường (hình trên) và dạng 2 lắp trên giá đỡ (hình dưới) 218

Hình 6.22 Logo LNT được chế tạo trên chụp đèn LNT-LAL01 219
Hình 6.23 Sơ đồ cấu tạo của đèn dài tiết kiệm năng lượng sử dụng 108
bóng LED (model LNT-LLL01) 222

Hình 6.24 Sơ đồ khối nguyên lý hoạt động của đèn LNT-LLL01 223
Hình 6.25 Mạch bóng LED của đèn dài tiết kiệm năng lượng: mặt trên
gắn 108 bóng LED (hình trên), mặt dưới chế tạo mạch điện
(hình dưới) 224

Đề tài NCKH: “Nghiên cứu chế tạo điôt phát sáng (LED) dùng trong công nghiệp chiếu sáng”
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Đặng Mậu Chiến - PTN CN Nano - ĐHQG TP. HCM 19
Hình 6.26 Ảnh thể hiện kết nối các linh kiện của đèn LNT-LLL01 224
Hình 6.27 Đèn dài tiết kiệm năng lượng sử dụng 108 bóng LED 225
Hình 6.28 Logo LNT được thiết kế trên trên mạch điện bóng LED (hình
trên) và chụp bóng đèn (hình dưới) 225

Đề tài NCKH: “Nghiên cứu chế tạo điôt phát sáng (LED) dùng trong công nghiệp chiếu sáng”
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Đặng Mậu Chiến - PTN CN Nano - ĐHQG TP. HCM 20
MỞ ĐẦU
A. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước
• Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Với sự gia tăng nhanh chóng nhu cầu sử dụng năng lượng và sự cạn kiệt dần
các nguồn nhiên liệu không thể tái tạo được thì vấn đề năng lượng đang là

một trong những thách thức của thế giới hiện nay. Khoa học công nghệ cũng
không thể đứng ngoài quy luật đó, để tạo ra các thiế
t bị có khả năng cạnh
tranh trên thị trường thì một trong những tiêu chí quan trọng nhất đó chính là
khả năng tiết kiệm năng lượng của sản phẩm đó, các nghiên cứu ứng dụng tiết
kiệm năng lượng đang trở thành xu hướng của thế giới hiện nay.
Trong công nghiệp chiếu sáng, việc thay thế các bóng đèn điện trở Tungsten
bằng đèn huỳnh quang cách đây vài thậ
p niên là một bước phát triển công
nghệ lớn, ít nhất là trên khía cạnh tiết kiệm năng lượng. Tuy nhiên, nếu nói
bóng đèn điện trở là quá khứ thì bóng đèn huỳnh quang chỉ là hiện tại, còn
tương lai mới thuộc về một thiết bị dựa trên hiệu ứng phát quang của bán dẫn,
đó chính là điôt bán dẫn phát sáng hay thường được gọi là LED (Light
Emitting Diode).
Trước đây phương pháp LPE (Liquid Phase Epitaxy) được sử dụng để chế
tạo
LED. Công nghệ này có nhược điểm cơ bản là độ dày không đồng đều, khó
tạo màng mỏng nhỏ hơn 5 μm, và bề mặt màng mỏng không láng. Vào thập
niên năm 80 với sự ra đời của thiết bị phủ màng vật liệu bằng thể hóa hơi kim
cơ (Metal Organic Chemical Vapor Deposition - MOCVD), phương pháp tạo
màng bằng thể hóa kim cơ hiện đại được phát triển mạnh và đã khắc phục
được các nhượ
c điểm của phương pháp LPE. Tại Nhật, Công ty Nichia đã và
đang đi đầu trong lĩnh vực thương mại hóa sản phẩm điôt phát sáng LED.
Ngoài ra, các công ty khác như Toyota, Sony, cũng đang đẩy mạnh sản
Đề tài NCKH: “Nghiên cứu chế tạo điôt phát sáng (LED) dùng trong công nghiệp chiếu sáng”
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Đặng Mậu Chiến - PTN CN Nano - ĐHQG TP. HCM 21
xuất LED. Các công ty Nhật sử dụng công nghệ sản xuất LED trên tấm đế
sapphire. Tại Hoa Kỳ, Công ty Cree Research sử dụng công nghệ sản xuất
LED trên tấm đế SiC, và cường độ sáng của LED loại này kém hơn sản phẩm

LED trên tấm đế sapphire của các công ty Nhật.
Ngoài các quốc gia có nền công nghệ phát triển cao như Mỹ, Nhật thì các
quốc gia Châu Á khác như Đài Loan, Hàn Quốc, Trung Quốc, cũng có một
nền công nghiệp sản xuất LED phát tri
ển ở mức độ rất cao. Trong phạm vi
khu vực Đông Nam Á, với việc trang bị các hệ thống MOCVD phục vụ cho
các nghiên cứu điôt bán dẫn phát sáng, Singapore trở thành nước đi đầu khu
vực trong nghiên cứu ứng dụng lĩnh vực này.
• Tình hình nghiên cứu trong nước
Hiện nay trong nước chưa có ngành công nghiệp vi điện tử, và cũng chưa có
nhiều nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực vật liệu và linh kiện bán dẫn nói
chung và đề tài này nói riêng. Với mong muốn làm chủ công nghệ, các nhà
khoa học Việt Nam từ lâu đã bắt tay vào nghiên cứu chế tạo loại sản phẩm
này, tuy nhiên đến nay kết quả đạt được vẫn chưa cao, chưa thể triển khai ứng
dụng vào cuộ
c sống. Nguyên nhân của kết quả trên phần lớn là do các hạn chế
nhất định về thiết bị chế tạo, đánh giá trong lĩnh vực bán dẫn.
Từ năm 2005, Phòng Thí Nghiệm Công Nghệ Nano đã khởi động dự án
nghiên cứu quy trình công nghệ chế tạo điôt bán dẫn phát sáng giai đoạn 1,
chế tạo wafer LED, bước đầu đã đạt được những kết quả khả quan. Do công
nghệ chế
tạo MOCVD là một công nghệ mới, hiện đại trên thế giới nên nhóm
nghiên cứu đã gửi cán bộ nghiên cứu đi đào tạo chuyên sâu tại nước ngoài
(Singapore) về công nghệ MOCVD. Nhóm nghiên cứu đã bước đầu nắm
vững quy trình công nghệ MOCVD để chế tạo cấu trúc bán dẫn phát sáng,
đánh giá cấu trúc và tính chất điện - quang của vật liệu và cấu trúc bán dẫn
phát sáng được chế tạo, bước đầu chế t
ạo thử nghiệm chíp LED ánh sáng
Đề tài NCKH: “Nghiên cứu chế tạo điôt phát sáng (LED) dùng trong công nghiệp chiếu sáng”
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Đặng Mậu Chiến - PTN CN Nano - ĐHQG TP. HCM 22

xanh dương.Việc thực hiện đề tài này sẽ hoàn thiện quy trình chế tạo điôt bán
dẫn phát sáng bắt đầu từ nguyên liệu đầu vào và kết thúc là sản phẩm chiếu
sáng sử dụng bóng LED hoàn chỉnh.
Hiện nay, sử dụng các thiết bị tiết kiệm năng lượng là xu hướng của thế giới
và là một trong những yếu tố cho sự phát triển bền vững, Việt Nam với vai trò
là mộ
t thành viên trong một cộng đồng quốc tế cũng không nằm ngoài xu
hướng đó. Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, sự khuyến khích của chính
phủ và việc cải thiện đáng kể các cơ sở vật chất, thiết bị nghiên cứu thì việc
nghiên cứu chế tạo và triển khai ứng dụng điôt bán dẫn phát sáng tiết kiệm
năng lượng trở nên khả thi hơn bao giờ h
ết.
Hiện tại trong nước vẫn chưa có công trình nghiên cứu nào về chế tạo vật liệu
và cấu trúc bán dẫn phát sáng trên đế sapphire (wafer LED) bằng phương
pháp MOCVD trên hệ thống MOCVD hiện đại, cũng như chế tạo chíp LED,
bóng LED và đèn LED ứng dụng. Do đó, đây là đề tài đầu tiên nghiên cứu về
vấn đề này tại Việt Nam, giúp các cán bộ trong nước làm chủ công nghệ
MOCVD để chế tạo cấu trúc bán dẫn phát sáng, các phươ
ng pháp đánh giá
cấu trúc và các tính chất điện của vật liệu và cấu trúc bán dẫn phát sáng, nắm
vững quy trình công nghệ chế tạo chíp LED và công đoạn chế tạo đèn LED
ứng dụng.
Đề tài này tập trung nghiên cứu sử dụng hệ thống MOCVD để chế tạo wafer
LED, sử dụng các thiết bị hiện đại trong môi trường phòng sạch để chế tạo
chíp LED, chế tạo bóng LED, đèn LED ứng dụng và
đánh giá chất lượng của
đèn LED chế tạo.
B. Mục tiêu đề tài
Quy trình chế tạo đèn LED bao gồm bốn công đoạn:
a) Chế tạo cấu trúc bán dẫn phát sáng trên tấm đế sapphire (wafer LED)