LED外延片--衬底材料
LED芯片16 种衬底、外延及芯片结构分析
芯片种衬底、外延及芯片结构分析电气论文芯片种衬底、外延及芯片结构分析近几年技术发展迅速，取得衬底、外延及芯片核心技术突破性进展.、图形化衬底外延现阶段普遍使用图形化衬底（），目前分为微米级和纳米级，微米级有各种形状图形，图形高度一般μ，园直径μ，周期约μ，采用光微投影及电浆干式蚀刻技术，一般可提高光效一般采用纳米压印技术，图形大小约，周期约，一般可提高光效左右.（）衬底对纳米模板及衬底平行度要求苛刻，优点：更高发光效率，均匀性更好，成本低.如在蓝宝石衬底上用纳米压印光刻获周期为园孔地六角形阵列，使绿光输出光功率是原来地三倍.（）纳米柱英国塞伦公司地新技术，在蓝宝石衬底上采用独特地纳米光刻技术，形成表面地纳米柱，在此衬底上外延生长可缓解应力，从而大幅度减少缺陷，可提高发光亮度达，光效地产业化水平达，并改善效应，衰减减缓约.小结：能较大提高发光效率，特别是纳米级能更大提升发光效率，是现阶段核心技术地发展趋势.对在降低成本方面有不同看法.、同质衬底同质衬底是以作衬底，生长衬底有多种方法，一般采用（氢化物气相外延）或钠流法，生产衬底要很好解决残留应力和表面粗糙问题，衬底厚度约μ，现可产业化衬底地优点：位错密度低（个），内量子效率可达以上，生长时间短约小时，节省大量原材料，可大幅度降低成本.（）实现高亮度丰田合成采用面衬底生长芯片，其面积为，可实现光通量.（）生长衬底产业化三菱化学、住友电工、日立电线等公司采用法生长衬底，厚度μ左右，位错密度（个），三菱化学近期宣布可提供″ 衬底，并计划年将成本降至目前地十分之一.东莞中镓( 北大) 可批量生产衬底.（）提高内量子效率日本碍子公司采用钠流法生长衬底，低缺陷密度，内量子效率达，在下，其光效达，可提供″ 衬底，正在加速开发低缺陷地″衬底.（）大尺寸衬底住友电工和合作开发″和″ 衬底，采用晶园制造技术和智能剥离层转移技术生产超薄高品质衬底，具有低缺陷密度，并宣布可提供衬底.（）衬底华南理工大学研发在衬底上采用激光分子束外延生长非极性衬底，厚度μ，作为复合衬底生长芯片，要求达到位错密度为×，内量子效率，转换效率为.（）获奖产品美国公司采用中村修二地技术制作替代灯，被评为“过去年半导体材料科学取得最重要成就之一”.其晶体完整性提高多倍，使每盏灯使用一个器件成为可能.小结：采用同质衬底生长，其缺陷密度达（～），可极大提升发光效率，而且加大电流密度时不明显，使普通照明实现采用单芯片光源，将核心技术推向新台阶.用中村修二地话来小结：我们相信有了，我们已经真正地谱写了技术新篇章，即版.、非极性、半极性衬底蓝宝石（）晶面有极性面、半极性面、面和非极性面.采用非极性或半极性衬底，生长难，可大幅度降低缺陷密度.采用非极性衬底生长，可作显示屏、电视、手机等背光源，没有取向性，不要外置扩散片，并可用于录光、激光、太阳能板.（）非极性、半极性蓝宝石衬底英国塞伦光电采用非极性蓝宝石上生长，大幅度降低缺陷密度，其外延片地光转换效率可提高倍，大幅度提高亮度而有效改善美元流明值.（）“”首尔半导体采用非极性衬底生长称为“”，在芯片上实现光通量，首尔半导体李贞勋说：同一表面地亮度大幅改善倍，未来可提高倍以上，是光源地终极目标.（）非极性衬底三菱化学采用非极性衬底生长蓝光，其缺陷密度最少仅为×.计划目标，在芯片发光亮度可达光通量.（）非极性、半极性衬底产业化住友公司宣布已开发半极性、非极性衬底材料，可提供制作白光地半极性、非极性衬底.（）紫外采用非极性衬底首尔半导体采用非极性衬底开发紫外并与、、荧光粉组合可实现高显色指数地白光照明和色彩表现范围大地背光源.小结：采用半极性、非极性蓝宝石和衬底生长地核心技术，已取得突破性进展，有可能在芯片上实现光通量，采用单芯片作为一盏灯地光源成为可能.、芯片新结构核心技术，还有芯片结构新技术.芯片结构设计主要是考虑如何提高外量子效率，即芯片地光萃取效率，提高芯片散热性能以及在降低成本上进行采用新结构新工艺.芯片有很多种新结构.（）六面体发光芯片六面体发光芯片指芯片地六个面全部出光，采用多面表面粗化技术，减少界面对光子地反射，提高光萃取率.（）芯片结构公司利用衬底优势，已推出地系列产品，采用透明衬底作为发光面，在衬底上制作结构，即在基板地外侧设置字形沟槽，从字沟槽一侧发光，以增强高折射率衬底地光萃取效果，而且是大电流倒装芯片，发光层一侧与封装接合，获得高质量地散热性，采用共晶焊、无金线，面积几乎是原来地一半，显著降低成本，实现双倍性价比.并在第三代碳化硅技术平台上，采用匹配地最新封装技术，宣布获得光效达.（）单芯片白光技术三星公司采用纳米级地六角棱锥结构技术做出白光，可以实现半极性、非极性衬底上生长，有利于光萃取地提升，因纳米结构微小能有效降低应变，达到更佳地晶体质量，而且散热性能好.同时发绿光、黄光、红光，其内量子效率分别为、、.实现单芯片发多色光组合白光，取得突破性进展.将会提高光色质量和避免波长转移引起光能损失，并可减少封装工艺，提高封装可靠性和降低封装成本，成为实现白光地另一条技术路线.结：芯片结构研发方面不断有新结构出现，在提高光效、散热性能、降低成本上不断有所突破.更要关注单芯片发多色光组合成白光地研发进展，将是照明技术发展中另一条可行地技术路线.、衬底、外延新技术以下介绍几种在衬底、外延核心技术研究中地新技术是具有开创性.（）外延偏移生长技术美国加州大学采用掩膜及分层偏移技术生长低位错，如图所示.示意图中厚，厚.先低温℃生长成核层，之后在℃下外延，进行偏移生长，阻档位错生长，可获位错密度为× 个，可极大提高内量子效率，减少效应.在外延上采用创新技术，取得突破性进展，将极大提高性能指标.（）硅基技术公司发布采用硅基技术，制造硅基芯片地成本仅为传统平面地五分之一.该技术基于升级了生产工艺，采用大尺寸园晶和低成本材料地解决方案，该技术已在法国公司开始使用.（）氧化镓β衬底氧化镓具有多种结构形式：α、β、γ、δ、ε等，其中β结构最为稳定，禁带宽度为，现已做出高品质、低缺陷密度，具有优异器件潜力.日本田村制作及子公司光波公司采用β衬底生长蓝光加荧光粉，芯片尺寸见方，加电流，其可获光通量，计划目标达.（）稀土氧化物复合衬底据媒体报导：在基上生长复合衬底，并生长大面积园片，并具有消除应力、减少翘度，可大面积生长，性能稳定，减少成本，并具有更高反射效应.已生长氧化钆、氧化铒等复合衬底，取得很好成果.（）介质复合衬底上海蓝光最近发布：通过缓冲层与介质衬底地组合技术，使各项参数达到或超过蓝宝石衬底地水平，取得突破性地成果.小结：上述介绍几种新技术研究成果，是具有开拓性地创新成果，一旦产业化，将是颠覆地技术突破，开辟了照明技术发展上另一条重要地技术路线.。
LED外延片工艺流程
LED外延片工艺流程：LED外延片工艺流程如下：衬底- 结构设计- 缓冲层生长- N型GaN层生长- 多量子阱发光层生- P型GaN层生长- 退火- 检测（光荧光、X射线）- 外延片外延片- 设计、加工掩模版- 光刻- 离子刻蚀- N型电极（镀膜、退火、刻蚀）- P型电极（镀膜、退火、刻蚀）- 划片- 芯片分检、分级具体介绍如下：固定：将单晶硅棒固定在加工台上。
切片：将单晶硅棒切成具有精确几何尺寸的薄硅片。
此过程中产生的硅粉采用水淋，产生废水和硅渣。
退火：双工位热氧化炉经氮气吹扫后，用红外加热至300~500℃，硅片表面和氧气发生反应，使硅片表面形成二氧化硅保护层。
倒角：将退火的硅片进行修整成圆弧形，防止硅片边缘破裂及晶格缺陷产生，增加磊晶层及光阻层的平坦度。
此过程中产生的硅粉采用水淋，产生废水和硅渣。
分档检测：为保证硅片的规格和质量，对其进行检测。
此处会产生废品。
研磨：用磨片剂除去切片和轮磨所造的锯痕及表面损伤层，有效改善单晶硅片的曲度、平坦度与平行度，达到一个抛光过程可以处理的规格。
此过程产生废磨片剂。
清洗：通过有机溶剂的溶解作用，结合超声波清洗技术去除硅片表面的有机杂质。
此工序产生有机废气和废有机溶剂。
RCA清洗：通过多道清洗去除硅片表面的颗粒物质和金属离子。
具体工艺流程如下：SPM清洗：用H2SO4溶液和H2O2溶液按比例配成SPM溶液，SPM溶液具有很强的氧化能力，可将金属氧化后溶于清洗液，并将有机污染物氧化成CO2和H2O。
用SPM清洗硅片可去除硅片表面的有机污物和部分金属。
此工序会产生硫酸雾和废硫酸。
DHF清洗：用一定浓度的氢氟酸去除硅片表面的自然氧化膜，而附着在自然氧化膜上的金属也被溶解到清洗液中，同时DHF抑制了氧化膜的形成。
此过程产生氟化氢和废氢氟酸。
APM清洗：APM溶液由一定比例的NH4OH溶液、H2O2溶液组成，硅片表面由于H2O2氧化作用生成氧化膜（约6nm呈亲水性），该氧化膜又被NH4OH腐蚀，腐蚀后立即又发生氧化，氧化和腐蚀反复进行，因此附着在硅片表面的颗粒和金属也随腐蚀层而落入清洗液内。
LED外延片介绍及应用
LED外延片LED外延片生长的基本原理是：在一块加热至适当温度的衬底基片(主要有蓝宝石和、SiC、Si)上，气态物质InGaAlP有控制的输送到衬底表面，生长出特定单晶薄膜。
目前LED外延片生长技术主要采用有机金属化学气相沉积方法。
LED外延片衬底材料是半导体照明产业技术发展的基石。
不同的衬底材料，需要不同的LED外延片生长技术、芯片加工技术和器件封装技术，衬底材料决定了半导体照明技术的发展路线。
LED外延片衬底材料选择特点：1、结构特性好，外延材料与衬底的晶体结构相同或相近、晶格常数失配度小、结晶性能好、缺陷密度小2、界面特性好，有利于外延材料成核且黏附性强3、化学稳定性好，在外延生长的温度和气氛中不容易分解和腐蚀4、热学性能好，包括导热性好和热失配度小5、导电性好，能制成上下结构6、光学性能好，制作的器件所发出的光被衬底吸收小7、机械性能好，器件容易加工，包括减薄、抛光和切割等8、价格低廉。
9、大尺寸，一般要求直径不小于2英吋。
10、容易得到规则形状衬底(除非有其他特殊要求)，与外延设备托盘孔相似的衬底形状才不容易形成不规则涡流，以至于影响外延质量。
11、在不影响外延质量的前提下，衬底的可加工性尽量满足后续芯片和封装加工工艺要求。
衬底的选择要同时满足以上十一个方面是非常困难的。
所以，目前只能通过外延生长技术的变更和器件加工工艺的调整来适应不同衬底上的半导体发光器件的研发和生产。
用于氮化镓研究的衬底材料比较多，但是能用于生产的衬底目前只有二种，即蓝宝石Al2O3和碳化硅SiC衬底。
表2-4对五种用于氮化镓生长的衬底材料性能的优劣进行了定性比较。
LED外延片的衬底材料考虑的因素：1、衬底与外延膜的结构匹配：外延材料与衬底材料的晶体结构相同或相近、晶格常数失配小、结晶性能好、缺陷密度低;2、衬底与外延膜的热膨胀系数匹配：热膨胀系数的匹配非常重要，外延膜与衬底材料在热膨胀系数上相差过大不仅可能使外延膜质量下降，还会在器件工作过程中，由于发热而造成器件的损坏;3、衬底与外延膜的化学稳定性匹配：衬底材料要有好的化学稳定性，在外延生长的温度和气氛中不易分解和腐蚀，不能因为与外延膜的化学反应使外延膜质量下降;4、材料制备的难易程度及成本的高低：考虑到产业化发展的需要，衬底材料的制备要求简洁，成本不宜很高。
led衬底选用
LED衬底-LED衬底材料选用的比较关键字：LED衬底，LED衬底材料添加时间：2010-4-19 在LED晶圆(LED外延片)制程方面，不同的衬底材料，需要不同的磊晶（晶圆生长）技术、芯片加工技术和封装技术，LED衬底材料决定了半导体照明技术的发展路线。
LED灯衬底材料的选择主要取决于以下9个方面，衬底的选择要同时满足全部应该有的好特性。
所以，目前只能通过外延生长技术的变更和器件加工制程的调整来适应不同衬底上的半导体发光器件的研发和生产。
用于氮化镓研究的衬底材料比较多，但是能用于生产的衬底目前只有二种，即蓝宝石Al2O3和碳化硅SiC衬底。
如果我们来看LED衬底材料，好的材料应该有的特性如下：1、结构特性好，晶圆材料与衬底的晶体结构相同或相近、晶格常数失配度小、结晶性能好、缺陷密度小。
2、接口特性好，有利于晶圆料成核且黏附性强。
3、化学稳定性好，在晶圆生长的温度和气氛中不容易分解和腐蚀。
4、热学性能好，包括导热性好和热失配度小。
5、导电性好，能制成上下结构。
6、光学性能好，制作的器件所发出的光被衬底吸收小。
7、机械性能好，器件容易加工，包括减薄、抛光和切割等。
8、价格低廉。
9、大尺寸，一般要求直径不小于2英吋。
一般说来，LED衬底还有哪些呢？1、氮化镓衬底用于氮化镓生长的最理想的衬底自然是氮化镓单晶材料，这样可以大大提高晶圆膜的晶体质量，降低位错密度，提高器件工作寿命，提高发光效率，提高器件工作电流密度。
可是，制备氮化镓体单晶材料非常困难，到目前为止尚未有行之有效的办法。
有研究人员通过HVPE方法在其它衬底(如Al2O3、SiC、LGO)上生长氮化镓厚膜，然后通过剥离技术实现衬底和氮化镓厚膜的分离，分离后的氮化镓厚膜可作为外延用的衬底。
这样获得的氮化镓厚膜优点非常明显，即以它为衬底外延的氮化镓薄膜的位错密度，比在Al2O3、SiC上外延的氮化镓薄膜的位错密度要明显低；但价格昂贵。
因而氮化镓厚膜作为半导体照明的衬底之用受到限制。
LED外延结构及材料特性分析_最终版
界面 特性好
不同的衬底材料，需 要不同的外延生长技 术、芯片加工技术和
器件封装技术。
化学稳 定性好
大尺寸
衬底材料的选择
热学 性能好
价格 低廉
10
机械 性能好
光学 性能好
导电 性好
主要因素
（1）衬底与外延膜的晶格匹配 衬底材料和外延膜晶格匹配很重要。晶格匹配包含二个内容：外延
生长面内的晶格匹配，即在生长界面所在平面的某一方向上衬底与外延膜 的匹配；沿衬底表面法线方向上的匹配。 （2）衬底与外延膜的热膨胀系数匹配
红黄光 LED
LPE
GaP外延层 565-700nm
VPE MOCVD
GaAsP外延层 630-650nm AlInGaP外延层
优点：解决了GaAs衬底吸光的缺点。 缺点：晶格失配，需要利用缓冲层来生长InGaP和AlGaInP结构。
20
缓冲层、局限层
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GaN基本结构特征
Ⅲ-Ⅴ化合物半导体原子的成键通常以sp3电子杂化形成的四度配位构型， GaN半导体也不例外，即以四面体结构(tetrahedron)为基本结构单元，这种 晶体结构通常有两种，即纤锌矿(WZ)和闪锌矿(ZB)结构。
LED外延结构及材料特性分析
技术工程部
汇报人：邢星 时间：2010.11.11
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LED结构分析 大纲
LED芯片16种衬底、外延及芯片结构分析
ＬＥＤ芯片１６ 种衬底、外延及芯片结构分析近几年LED技术发展迅速，取得衬底、外延及芯片核心技术突破性进展。
１、图形化衬底LED外延现阶段普遍使用图形化衬底（PSS），PSS目前分为微米级PSS和纳米级nPSS，微米级PSS 有各种形状图形，图形高度一般1.1~1.6μm，园直径2.5~3μm，周期约4μm，采用光微投影及电浆干式蚀刻技术，一般可提高光效30~40%。
nPSS一般采用纳米压印技术，图形大小约260nm，周期约460nm，一般可提高光效70%左右。
（１）ｎＰＳＳ衬底对纳米模板及衬底平行度要求苛刻，nPSS优点：LED更高发光效率，均匀性更好，成本低。
如在蓝宝石衬底上用纳米压印光刻获周期为450nm园孔的六角形阵列，使绿光LED输出光功率是原来的三倍。
（２）纳米柱ＰＳＳ英国塞伦公司的新技术，在蓝宝石衬底上采用独特的纳米光刻技术，形成表面的纳米柱，在此衬底上外延生长可缓解应力85%，从而大幅度减少缺陷，可提高发光亮度达80~120%，LED光效的产业化水平达200lm/w，并改善Droop效应，衰减减缓约30%。
小结：PSS能较大提高LED发光效率，特别是纳米级nPSS能更大提升LED发光效率，PSS是现阶段LED核心技术的发展趋势。
对PSS在降低成本方面有不同看法。
２、同质衬底同质衬底是以GaN作衬底，生长GaN衬底有多种方法，一般采用HVPE（氢化物气相外延）或钠流法，生产GaN衬底要很好解决残留应力和表面粗糙问题，衬底厚度约400~500μm，现可产业化。
GaN衬底的优点：位错密度低（105~106个/cm2），内量子效率可达80%以上，生长时间短约2小时，节省大量原材料，可大幅度降低成本。
（１）实现高亮度ＬＥＤ丰田合成采用c面GaN衬底生长LED芯片，其面积为1mm2，可实现400lm光通量。
（２）ＨＶＰＥ生长ＧａＮ衬底产业化三菱化学、住友电工、日立电线等公司采用HVPE法生长GaN衬底，厚度450μm左右，位错密度（106~107个/cm2），三菱化学近期宣布可提供6″GaN衬底，并计划2015年将成本降至目前的十分技术纵横Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｖｉｅｗｗｗｗ．ｃｎ－ｚｇｚｍ．ｃｏｍ ｜ １－２ ／ ２０１６ 69之一。
LED外延片工艺流程
LED外延片工艺流程：LED外延片工艺流程如下：衬底- 结构设计- 缓冲层生长- N型GaN层生长- 多量子阱发光层生- P型GaN层生长- 退火- 检测（光荧光、X射线）- 外延片外延片- 设计、加工掩模版- 光刻- 离子刻蚀- N型电极（镀膜、退火、刻蚀）- P型电极（镀膜、退火、刻蚀）- 划片- 芯片分检、分级具体介绍如下：固定：将单晶硅棒固定在加工台上。
切片：将单晶硅棒切成具有精确几何尺寸的薄硅片。
此过程中产生的硅粉采用水淋，产生废水和硅渣。
退火：双工位热氧化炉经氮气吹扫后，用红外加热至300~500℃，硅片表面和氧气发生反应，使硅片表面形成二氧化硅保护层。
倒角：将退火的硅片进行修整成圆弧形，防止硅片边缘破裂及晶格缺陷产生，增加磊晶层及光阻层的平坦度。
此过程中产生的硅粉采用水淋，产生废水和硅渣。
分档检测：为保证硅片的规格和质量，对其进行检测。
此处会产生废品。
研磨：用磨片剂除去切片和轮磨所造的锯痕及表面损伤层，有效改善单晶硅片的曲度、平坦度与平行度，达到一个抛光过程可以处理的规格。
此过程产生废磨片剂。
清洗：通过有机溶剂的溶解作用，结合超声波清洗技术去除硅片表面的有机杂质。
此工序产生有机废气和废有机溶剂。
RCA清洗：通过多道清洗去除硅片表面的颗粒物质和金属离子。
具体工艺流程如下：SPM清洗：用H2SO4溶液和H2O2溶液按比例配成SPM溶液，SPM溶液具有很强的氧化能力，可将金属氧化后溶于清洗液，并将有机污染物氧化成CO2和H2O。
用SPM清洗硅片可去除硅片表面的有机污物和部分金属。
此工序会产生硫酸雾和废硫酸。
DHF清洗：用一定浓度的氢氟酸去除硅片表面的自然氧化膜，而附着在自然氧化膜上的金属也被溶解到清洗液中，同时DHF抑制了氧化膜的形成。
此过程产生氟化氢和废氢氟酸。
APM清洗：APM溶液由一定比例的NH4OH溶液、H2O2溶液组成，硅片表面由于H2O2氧化作用生成氧化膜（约6nm呈亲水性），该氧化膜又被NH4OH腐蚀，腐蚀后立即又发生氧化，氧化和腐蚀反复进行，因此附着在硅片表面的颗粒和金属也随腐蚀层而落入清洗液内。
LED外延片基础知识
LED外延片基础知识外延片的生产制作过程是非常复杂，展完外延片，接下来就在每张外延片随意抽取九点做测试，符合要求的就是良品，其它为不良品(电压偏差很大，波长偏短或偏长等)。
良品的外延片就要开始做电极(P极，N极)，接下来就用激光切割外延片，然后百分百分捡，根据不同的电压，波长，亮度进行全自动化分检，也就是形成LED晶片(方片)。
然后还要进行目测，把有一点缺陷或者电极有磨损的，分捡出来，这些就是后面的散晶。
此时在蓝膜上有不符合正常出货要求的晶片，也就自然成了边片或毛片等。
不良品的外延片(主要是有一些参数不符合要求)，就不用来做方片，就直接做电极(P极，N极)，也不做分检了，也就是目前市场上的LED大圆片(这里面也有好东西，如方片等)。
半导体制造商主要用抛光Si片(PW)和外延Si片作为IC的原材料。
20世纪80年代早期开始使用外延片，它具有标准PW所不具有的某些电学特性并消除了许多在晶体生长和其后的晶片加工中所引入的表面/近表面缺陷。
历史上，外延片是由Si片制造商生产并自用，在IC中用量不大，它需要在单晶Si片表面上沉积一薄的单晶Si层。
一般外延层的厚度为2~20μm,而衬底Si厚度为610μm(150mm直径片和725μm(200mm片)。
外延沉积既可(同时)一次加工多片，也可加工单片。
单片反应器可生产出质量最好的外延层(厚度、电阻率均匀性好、缺陷少);这种外延片用于150mm“前沿”产品和所有重要200mm产品的生产。
外延产品外延产品应用于4个方面，CMOS互补金属氧化物半导体支持了要求小器件尺寸的前沿工艺。
CMOS产品是外延片的最大应用领域，并被IC制造商用于不可恢复器件工艺，包括微处理器和逻辑芯片以及存储器应用方面的闪速存储器和DRAM(动态随机存取存储器)。
分立半导体用于制造要求具有精密Si特性的元件。
“奇异”(exotic)半导体类包含一些特种产品，它们要用非Si材料，其中许多要用化合物半导体材料并入外延层中。
led衬底 外延片 芯片的关系
led衬底外延片芯片的关系LED（Light Emitting Diode）是一种半导体器件，具有自发光特性。
在LED的制造过程中，涉及到三个关键部分：LED衬底、外延片和芯片。
它们之间的关系如下所述。
LED衬底是LED器件的基础，它提供了生长LED晶体的基础材料。
衬底通常由硅（Si）或蓝宝石（Sapphire）等材料制成。
硅衬底是最常用的材料，因为硅材料成本低廉且易于加工。
而蓝宝石衬底由于其优异的热导性能和光透过率，被广泛应用于高功率LED器件。
外延片是在LED衬底上生长的一层薄膜材料。
外延片的材料通常是镓化铝（AlGaN）或磷化铟镓（InGaP），这些材料具有较高的光电转换效率。
外延片的生长过程通过化学气相沉积（CVD）或分子束外延（MBE）等技术来实现。
外延片的厚度决定了LED的发光效果和电流扩散性能。
芯片是LED器件的核心部分，也称为LED晶片。
它是由多个外延片组成的，每个外延片上都有正极和负极的电极。
当电流通过芯片时，外延片中的半导体材料发生电子和空穴的复合，产生光子发射，从而实现LED的发光。
芯片的制造过程包括选择合适的外延片材料、切割和镀金等工艺。
LED衬底、外延片和芯片之间的关系可以类比为“房子”的建造过程。
衬底相当于建房的地基，提供了稳定的支撑；外延片相当于房子的墙体，决定了房子的外观和性能；而芯片则相当于房子的内部构造和装饰，决定了房子的功能和价值。
LED衬底、外延片和芯片的选择和制备对于LED器件的性能有着重要影响。
不同的材料和工艺可以实现不同颜色、亮度和效率的LED。
例如，使用蓝宝石衬底和AlGaN外延片可以制备出蓝光LED；使用硅衬底和InGaP外延片可以制备出红光LED。
此外，优化外延片和芯片的结构和工艺，可以提高LED的亮度、色彩纯度和发光效率。
LED衬底、外延片和芯片是LED器件制造过程中不可或缺的三个组成部分。
它们之间的关系密切，相互作用，共同决定了LED器件的性能和品质。
LED外延片工艺流程
LED外延片工艺流程：LED外延片工艺流程如下：衬底- 结构设计- 缓冲层生长- N型GaN层生长- 多量子阱发光层生- P型GaN层生长- 退火- 检测（光荧光、X射线）- 外延片外延片- 设计、加工掩模版- 光刻- 离子刻蚀- N型电极（镀膜、退火、刻蚀）- P型电极（镀膜、退火、刻蚀）- 划片- 芯片分检、分级具体介绍如下：固定：将单晶硅棒固定在加工台上。
切片：将单晶硅棒切成具有精确几何尺寸的薄硅片。
此过程中产生的硅粉采用水淋，产生废水和硅渣。
退火：双工位热氧化炉经氮气吹扫后，用红外加热至300~500℃，硅片表面和氧气发生反应，使硅片表面形成二氧化硅保护层。
倒角：将退火的硅片进行修整成圆弧形，防止硅片边缘破裂及晶格缺陷产生，增加磊晶层及光阻层的平坦度。
此过程中产生的硅粉采用水淋，产生废水和硅渣。
分档检测：为保证硅片的规格和质量，对其进行检测。
此处会产生废品。
研磨：用磨片剂除去切片和轮磨所造的锯痕及表面损伤层，有效改善单晶硅片的曲度、平坦度与平行度，达到一个抛光过程可以处理的规格。
此过程产生废磨片剂。
清洗：通过有机溶剂的溶解作用，结合超声波清洗技术去除硅片表面的有机杂质。
此工序产生有机废气和废有机溶剂。
RCA清洗：通过多道清洗去除硅片表面的颗粒物质和金属离子。
具体工艺流程如下：SPM清洗：用H2SO4溶液和H2O2溶液按比例配成SPM溶液，SPM溶液具有很强的氧化能力，可将金属氧化后溶于清洗液，并将有机污染物氧化成CO2和H2O。
用SPM清洗硅片可去除硅片表面的有机污物和部分金属。
此工序会产生硫酸雾和废硫酸。
DHF清洗：用一定浓度的氢氟酸去除硅片表面的自然氧化膜，而附着在自然氧化膜上的金属也被溶解到清洗液中，同时DHF抑制了氧化膜的形成。
此过程产生氟化氢和废氢氟酸。
APM清洗：APM溶液由一定比例的NH4OH溶液、H2O2溶液组成，硅片表面由于H2O2氧化作用生成氧化膜（约6nm呈亲水性），该氧化膜又被NH4OH腐蚀，腐蚀后立即又发生氧化，氧化和腐蚀反复进行，因此附着在硅片表面的颗粒和金属也随腐蚀层而落入清洗液内。
外延工艺基本知识
1.外延片指的是在衬底上生长出的半导体薄膜,薄膜主要由P型，量子阱，N型三个部分构成。
现在主流的外延材料是氮化镓(GaN),衬底材料主要有蓝宝石，硅，碳化硅三种，量子阱一般为5个，通常用的生产工艺为金属有机物气相外延(MOCVD)。
这是LED产业的核心部分，需要较高的技术以及较大的资金投入(一台MOCVD一般要好几千万)。
2.外延片的检测一般分为两大类:一是光学性能检测，主要参数包括工作电压，光强，波长范围，半峰宽，色温，显色指数等等，这些数据可以用积分球测试。
二是可靠性检测，主要参数包括光衰，漏电，反压，抗静电，I-V曲线等等，这些数据一般通过老化进行测试。
3.需要指出的是，并没有白光LED芯片，只有白光LED灯珠/管，即需要进行封装才能获得白光小LED灯，也叫灯珠，管子。
白光LED一般通过两种途径获得：一是通过配光，将红绿蓝三色芯片进行配比封装获得白光LED.二是通过荧光粉转换蓝光LED，从而获得白光LED.芯片的制造过程可概分为晶圆处理工序（Wafer Fabrication）、晶圆针测工序（Wafer Probe）、构装工序（Packaging）、测试工序（Initial Test and Final Test）等几个步骤。
其中晶圆处理工序和晶圆针测工序为前段（Front End）工序，而构装工序、测试工序为后段（Back End）工序。
1、晶圆处理工序：本工序的主要工作是在晶圆上制作电路及电子元件（如晶体管、电容、逻辑开关等），其处理程序通常与产品种类和所使用的技术有关，但一般基本步骤是先将晶圆适当清洗，再在其表面进行氧化及化学气相沉积，然后进行涂膜、曝光、显影、蚀刻、离子植入、金属溅镀等反复步骤，最终在晶圆上完成数层电路及元件加工与制作。
2、晶圆针测工序：经过上道工序后，晶圆上就形成了一个个的小格，即晶粒，一般情况下，为便于测试，提高效率，同一片晶圆上制作同一品种、规格的产品；但也可根据需要制作几种不同品种、规格的产品。
紫外LED项目的技术路线
紫外LED项目的技术路线
第一步：选择外延片材料。
外延片材料是LED的核心部分，LED的波长、正向电压、亮度或发光量等光电参数基本上都取决于外延片材料。
外延技术和设备是外延片制造技术的关键外延片的位错作为不发光的非辐射复合中心，对器件的光电性能具有非常重要的影响。
第二步：在衬底上形成缓冲层：常用的芯片衬底技术路线主要有已大量商品化或开始商品化的蓝宝石衬底、碳化硅衬底、硅衬底三大类，另有研制中的氮化擦、氧化锌等。
在衬底的基础上加上缓冲层。
第三步：在缓冲层上形成间隔设置的掩膜层。
主要有如下图所示的正装结构、垂直结构和倒装结构三种。
第四步：在掩膜层间隙形成纳米柱。
第五步：形成核壳结构。
外延片制作流程
外延片制作流程一、材料准备外延片制作的第一步是准备所需材料。
主要包括外延基片、外延源材料、衬底和外延设备。
1. 外延基片：外延基片是外延生长的基础，可以使用硅、蓝宝石、氮化镓等材料制成。
根据不同的应用需求，选择合适的外延基片材料。
2. 外延源材料：外延源材料是用于生长外延层的原材料，常见的有三五族和二六族元素化合物，如砷化镓、磷化铟等。
3. 衬底：衬底是放置外延基片的平台，通常使用石英玻璃等材料制成。
4. 外延设备：外延片制备需要专用的外延设备，如外延炉、真空系统、气体流量控制系统等。
二、制备外延基片制备外延基片是外延片制作的第二步。
主要包括外延基片清洗、去除杂质和表面处理等过程。
1. 外延基片清洗：将外延基片放入清洗槽中，使用有机溶剂、超纯水等清洗外延基片表面的杂质。
2. 去除杂质：通过化学腐蚀、机械抛光等方法去除外延基片表面的杂质，使其表面达到较高的平整度和纯净度。
3. 表面处理：通过化学气相沉积等方法，在外延基片表面形成一层薄膜，提高外延层与外延基片的附着力。
三、外延生长外延生长是外延片制作的核心步骤。
通过在外延基片上逐层沉积外延源材料，实现外延层的生长。
1. 外延炉预热：将外延基片放入外延炉中进行预热，使其达到适合生长外延层的温度。
2. 外延源材料供应：将外延源材料加热至蒸发温度，使其蒸发成气态，并通过气体流量控制系统将其输送到外延基片上。
3. 外延层生长：外延源材料在外延基片上逐层沉积，形成外延层。
通过控制外延源材料的供应量、温度和时间等参数，可以控制外延层的厚度和组分。
四、切割和加工外延生长完成后，需要将外延片切割成适当的尺寸，并进行后续的加工和测试。
1. 切割：使用切割工具将外延片切割成所需的尺寸，如方形、圆形等。
2. 加工：根据具体应用需求，对外延片进行后续加工，如光刻、腐蚀、电镀等，以形成最终的器件结构。
3. 测试：对加工后的外延片进行测试，如电学测试、光学测试等，以验证其性能和质量。
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LED外延片--衬底材料
衬底材料是半导体照明产业技术发展的基石。
不同的衬底材料，需要不同的外延生长技术、芯片加工技术和器件封装技术，衬底材料决定了半导体照明技术的发展路线。
衬底材料的选择主要取决于以下九个方面：
∙[1]结构特性好，外延材料与衬底的晶体结构相同或相近、晶格常数失配度小、结晶性能好、缺陷密度小；
∙[2]界面特性好，有利于外延材料成核且黏附性强；
∙[3]化学稳定性好，在外延生长的温度和气氛中不容易分解和腐蚀；
∙[4]热学性能好，包括导热性好和热失配度小；
∙[5]导电性好，能制成上下结构；
∙[6]光学性能好，制作的器件所发出的光被衬底吸收小；
∙[7]机械性能好，器件容易加工，包括减薄、抛光和切割等；
∙[8]价格低廉；
∙[9]大尺寸，一般要求直径不小于2英吋。
衬底的选择要同时满足以上九个方面是非常困难的。
所以，目前只能通过外延生长技术的变更和器件加工工艺的调整来适应不同衬底上的半导体发光器件的研发和生产。
用于氮化镓研究的衬底材料比较多，但是能用于生产的衬底目前只有二种，即蓝宝石Al2O3和碳化硅SiC衬底。
表2-4对五种用于氮化镓生长的衬底材料性能的优劣进行了定性比较。
表2-4：用于氮化镓生长的衬底材料性能优劣比较。