LED外延片工艺流程
发光二极管LED典型工艺流程
发光二极管LED典型工艺流程
1.衬底选择
LED的衬底通常使用为硅(Si)或氮化镓(GaN)材料。
硅衬底主要用于制造低功率LED，而氮化镓衬底则用于制造高功率LED。
2.外延片生长
外延片生长是制造LED的核心步骤。
在这一步骤中，通过化学气相沉积(CVD)、分子束外延(MBE)或金属有机气相外延(MOCVD)等技术，将稀薄的GaN材料沉积在衬底上。
3.择优薄化
将生长完成的外延片剥离出衬底，通常使用化学机械研磨(CMP)或机械研磨等方法进行择优薄化，以减少缺陷密度并提高材料质量。
4.P型和N型掺杂
将外延片分别进行P型和N型掺杂。
通常使用离子注入或金属有机分解(MOCVD)等技术，在外延片表面扩散掺入P型或N型材料。
5.调制层和电极制备
在外延片上制备调制层和金属电极，调制层通常采用P型和N型材料的多层结构，金属电极则用于连接LED芯片和外界电源。
6.光刻和蚀刻
使用光刻技术对调制层进行图案化处理，以定义出LED芯片中发光区域。
然后使用干法或湿法蚀刻技术将不需要的材料去除，保留发光区域。
7.透明电极制备
制备透明导电氧化锡(ATO)或氧化锌(ZnO)等透明电极材料，并通过蚀刻或镀膜等方法将其覆盖在LED芯片的发光区域上。
8.金属电极制备
制备金属电极，通常使用电镀或蒸镀技术在LED芯片的非发光区域上形成金属电极，以提供电流输入和输出。
9.封装和封装后处理
将制备好的LED芯片进行封装，通常使用环氧树脂或硅胶等材料进行封装。
然后进行焊接、焊盘修整、完全固化等封装后处理步骤，以确保LED芯片的性能和可靠性。
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外延片生产工艺流程
LED外延片生产工艺流程首先是单晶制备。
LED外延片制备的起点是高纯度的单晶材料，通常采用的是蓝宝石基底。
首先将蓝宝石片放入高温炉中进行加热，之后再加入适量的金刚石微粉，通过物理或化学气相沉积的方法，使其在蓝宝石片上生长出具有一定晶格结构的单晶蓝宝石。
接下来是外延片生长。
外延片生长是指在蓝宝石片上生长出LED芯片所需要的材料层，通常采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术。
首先将所需的金属有机物与氢气进行混合，然后通过氢气扩散到蓝宝石基底上，使其在高温高压的环境下发生化学反应，从而使材料层逐渐增厚。
然后是切割。
切割是将外延片切割成多个小块的过程，每个小块即为一个LED芯片。
切割通常使用钢片或硬质合金切割盘进行，切割盘表面涂有金刚石颗粒。
外延片放在切割盘上，通过旋转切割盘快速切割，使外延片切割成小块。
切割后要注意去除切割盘表面的金属和外延片上的硅胶。
然后是抛光。
抛光是为了去除外延片表面的缺陷和提高光学性能。
首先将切割好的小块放在抛光机上，将外延片的表面与抛光盘的表面摩擦，使外延片的表面逐渐变平。
然后使用不同颗粒的抛光液进行多次抛光，直到外延片表面达到所需的平整度和光学性能。
最后是检测。
检测是为了保证外延片的质量和性能。
检测通常包括外观检测、电学性能测试和光学性能测试。
外观检测主要是检查外延片表面的缺陷和污染情况；电学性能测试主要是检测外延片的电阻、电容等电学性能指标；光学性能测试主要是检测外延片的发光效率、发光波长等光学性能指标。
综上所述，LED外延片生产工艺流程包括单晶制备、外延片生长、切割、抛光和检测等步骤。
这些步骤在完整的制造工艺中相互关联，每一步都至关重要，对于制造高质量的LED芯片至关重要。
LED外延片工艺流程
LED外延片工艺流程
第一步：材料准备
材料准备是整个工艺流程的第一步，主要包括液态外延源材料的配制，包括金属有机气相外延（MOVPE）的源气体、溶液或粉末，以及外延基片
的选择。
材料的选取和配制在工艺中起着至关重要的作用，决定了外延片
的质量和性能。
第二步：晶体生长
晶体生长是外延片工艺的核心步骤，它包括将材料加热到适当的温度，使其在外延基片上生长出晶体。
晶体生长的方法有多种，如流体外延法（MOCVD）、气相外延法（VPE）等。
晶体生长的条件和参数需要根据具体
材料和器件要求进行调整。
第三步：原始外延片加工
在晶体生长完成后，外延片需要进行一系列的加工步骤，以得到符合
要求的外延片。
这些加工步骤包括外延片去掉残留的外延材料、切割成适
当大小的片状、进行化学机械抛光（CMP）等。
第四步：表面处理
表面处理是为了提高外延片的表面质量和电学特性。
它包括去除表面
污染物、改善表面平整度、提高表面光洁度等。
常用的表面处理方法有氧化、化学溶液处理、离子注入、聚焦离子激活、成键等。
第五步：测试
测试是对外延片进行性能测量和质量检验的过程。
通过测试，可以评估外延片的电学特性、光电特性和可靠性，以确保其质量符合产品要求。
常用的测试方法包括IV测试、光谱测试、X射线衍射、显微镜观察等。
以上是一个大致的LED外延片工艺流程，不同的企业和研究机构可能会有一些微小的差异。
随着科技的进步和工艺的不断优化，LED外延片工艺流程也在不断演变，以提高LED器件的性能和可靠性。
LED生产流程
导读：LED的制造是复杂与高技术含量,在这个过程中，只要一个环节出问题，LED灯珠就失去品质性能，在整个工艺过程，同一批原材料会由于生产过程的非工艺原因导致封装的成品有不同的品质，从外观无法分辨.LED（Light-Emitting Diode）是发光二极管的简称,它是由半导体材料制造出来的，它有一个正极和一个负极,在它的正负极施加直流电就会发光,从1907年开始，到1993年，LED经历86年历史，LED技术的应用大体分为视觉类与非视觉类，视觉类的应用有LED照明技术，非视觉类有植物光合与医疗保健LED发展历史LED工艺过程：LED灯珠的整个生产过程，分为外延片生产、芯片生产、灯珠封装，整个过程体现了现代电子工业制造技术水平，LED的制造是集多种技术的融合，是高技术含量的产品，对于照明用途的LED的知识掌握也需要了解LED灯珠是如何生产出来的。
1、LED外延片生产过程:LED外延片生长技术主要采用有机金属化学相沉积方法（MOCVD)生产的具有半导体特性的合成材料，是制造LED芯片的原材料，下图是采用蓝宝石衬底的外延片生产过程：2、LED芯片生产过程:LED芯片是采用外延片制造的,是提供LED灯珠封装的器件，是LED灯珠品质的关键，下图是LED芯片生产过程：3、LED灯珠生产过程：LED灯珠的封装是根据LED灯珠的用途要求，把芯片封装在相应的支架上来完成LED灯珠的制造过程,LED封装决定LED灯珠性价比，是LED灯具产品的品质关键，下图是LED 封装过程:从上面描述的LED从材料到灯珠的生产过程可以看出:LED的制造是复杂与高技术含量，在这个过程中，只要一个环节出问题，LED灯珠就失去品质性能,在整个工艺过程，同一批原材料会由于生产过程的非工艺原因导致封装的成品有不同的品质,从外观无法分辨;封装的灯珠通过分光筛选成不同质量的灯珠，这些灯珠基本上由价格的差异进行销售，残次品都可以按重量销售，LED市场的这种现象导致LED灯具产品的价格会相差很大.白光灯珠的参数关系：关于基本的光电参数，如光通量、光强度、光照度、亮度（辉度）、辐射功率、色温、显色性等,就不在这里介绍,我们需要重点了解这些参数之间的关系。
LED外延片介绍
LED外延片介绍LED外延生长的基本原理是：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In,Ga,Al,P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。
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200 mm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）。
LED灯珠生产流程介绍
LED灯珠生产流程介绍首先是外延片生长。
外延片是LED灯珠的核心材料，一般使用的材料有砷化镓（GaAs）、碳化硅（SiC）和磷化镁（MgP）等。
外延片生长是通过化学气相沉积（CVD）或分子束外延（MBE）等技术，将材料原料在衬底上生长成薄片。
外延片的生长过程中需要控制温度、气氛和混合气体的流量等参数，以获得所需的化学成分和薄片厚度。
接下来是芯片加工。
在外延片上刻蚀成所需的结构，形成大量的小区域。
常见的加工工序有光刻、刻蚀和蚀刻等。
光刻是将芯片图案通过光阻层进行曝光，然后去除不需要的部分。
刻蚀是通过化学溶液或物理方法去除光刻后的光阻层。
蚀刻是将外延片中的材料浸入化学液体中去除，形成所需的结构。
然后是封装。
芯片经过加工后需要进行封装，以保护芯片并提供电路连接和光学效果。
封装过程包括胶水涂覆、焊接金线、封装成型和耐热测试等步骤。
胶水涂覆是将芯片固定在胶体基板上，以提供机械支撑和保护。
焊接金线是将芯片的金属引脚与封装基板上的电路相连接。
封装成型是将封装材料固化成特定的形状和尺寸。
耐热测试是对封装好的LED灯珠进行温度循环和光强测试，以检查其性能和稳定性。
最后是测试。
在封装完成后，LED灯珠需要进行质量测试，以确保其亮度、颜色和电特性等指标符合规定的要求。
常用的测试方法有IV曲线测试、颜色坐标测试和温度特性测试等。
IV曲线测试是通过施加不同的电流和电压，测量LED灯珠的电流与电压之间的关系。
颜色坐标测试是通过光谱仪测量发光体的颜色，确定色坐标和色温。
温度特性测试是将LED灯珠暴露在不同温度下，观察其亮度和色温随温度变化的情况。
总的来说，LED灯珠的生产流程主要包括外延片生长、芯片加工、封装和测试等环节。
每个环节都有具体的步骤和要求，需要严格控制材料、工艺和设备等因素，以获得高质量的LED灯珠产品。
led外延片的主要工艺流程
led外延片的主要工艺流程LED外延片是LED芯片的重要组成部分，其质量和工艺直接影响LED芯片的性能和稳定性。
本文将重点介绍LED外延片的主要工艺流程，包括原料准备、衬底制备、外延生长、晶片切割等环节。
一、原料准备LED外延片的主要原料包括氮化镓片、掺杂气体和其他辅助材料。
首先需要对氮化镓片进行预处理，包括表面清洗、电化学抛光和化学机械抛光等工艺，以保证衬底表面的平整度和清洁度。
同时，需要对掺杂气体进行准备，以满足外延生长中对掺杂原子的需求。
此外，还需要准备其他辅助材料，如外延反应室、石英炉管、加热系统等设备。
二、衬底制备衬底制备是LED外延片制备的重要环节，包括表面处理和掺杂处理。
在表面处理过程中，需要采用化学气相沉积（CVD）等技术，对衬底表面进行原子级的处理，以消除缺陷和提高晶格完整性。
在掺杂处理过程中，需要向衬底中引入掺杂原子，以调节材料的导电性和发光性能。
三、外延生长外延生长是LED外延片制备的关键环节，主要包括氮化镓外延生长和掺杂外延生长两个过程。
在氮化镓外延生长过程中，需要将氮化镓晶体在高温环境下在衬底表面上沉积，形成外延层。
而在掺杂外延生长过程中，需要向外延层中引入掺杂原子，以调节LED芯片的电学特性。
四、晶片切割晶片切割是LED外延片制备的最后一道工艺环节，主要包括划线、切割和打磨三个步骤。
在划线过程中，需要在外延片表面进行划线，以确定晶片的大小和形状。
在切割过程中，需要使用磨刀将外延片切割成多个晶片。
而在打磨过程中，需要对切割后的晶片进行打磨，以去除切割产生的裂纹和瑕疵。
综上所述，LED外延片的制备主要包括原料准备、衬底制备、外延生长和晶片切割四个工艺环节。
这些工艺环节相互关联，相互作用，共同保障LED外延片的质量和性能。
通过不断优化工艺流程，提高生产技术水平，可以有效提高LED外延片的生产效率和质量稳定性，推动LED产业的健康发展。
LED基础知识及外延工艺
支架
散热基板
LED的支撑部件，通常由金属制成，具有良 好的导热性和导电性，能够将芯片产生的 热量传递出去。
用于将LED芯片产生的热量传导至外部，提 高散热效率，保证LED的稳定运行。
LED封装流程
固晶
将LED芯片固定在支 架上，通过银胶等导 电胶进行连接。
焊线
将芯片的电极与支架 的电极进行连接，通 常采用金线焊接的方 式。
LED未来发展趋势与展望
高效节能
01
随着全球能源危机和环保意识的提高，高效节能的LED照明产品
将更加受到市场青睐。
个性化定制
02
随着消费者需求的多样化，LED照明产品将更加注重个性化定制
和差异化竞争。
智能化发展
03
结合物联网、人工智能等技术，实现LED产品的智能化和远程控
制，提高用户体验和价值。
THANKS
感谢观看
表面贴装封装
将LED芯片粘贴在PCB板或其他基板 上，具有体积小、易贴片等优点。
功率型封装
适用于高功率、大电流的应用场景， 具有散热性能好、可靠性高等特点。
集成式封装
将多个LED芯片集成在一个封装内， 可以实现多色发光或多路亮度调节等 功能。
05
LED性能参数与测试
LED的光电参数
发光波长
LED的发光波长是决定其颜色和光谱特性的重要参数，不 同应用场景需要不同波长的LED。
发光亮度
发光亮度决定了LED的视觉效果和照明强度，是评价LED 性能的重要指标。
发光效率
发光效率是指LED将电能转化为光能的效率，是评价LED 性能的重要参数。
LED的热学参数
01
02
03
结温
LED外延片--外延工艺
由LED工作原理可知，外延材料是LED的核心部分，事实上，LED的波长、亮度、正向电压等主要光电参数基本上取决于外延材料。
发光二极管对外延片的技术主要有以下四条：①禁带宽度适合。
②可获得电导率高的P型和N型材料。
③可获得完整性好的优质晶体。
④发光复合几率大。
外延技术与设备是外延片制造技术的关键所在，金属有机物化学气相淀积(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，简称MOCVD)技术生长III-V族，II-VI族化合物及合金的薄层单晶的主要方法。
II、III族金属有机化合物通常为甲基或乙基化合物，如：Ga(CH3)3，In(CH3)3，Al(CH3)3，Ga(C2H5)3，Zn(C2H5)3等，它们大多数是高蒸汽压的液体或固体。
用氢气或氮气作为载气，通入液体中携带出蒸汽，与V族的氢化物（如NH3，PH3，AsH3）混合，再通入反应室，在加热的衬底表面发生反应，外延生长化合物晶体薄膜。
MOCVD具有以下优点：用来生长化合物晶体的各组份和掺杂剂都可以以气态方式通入反应室中，可以通过控制各种气体的流量来控制外延层的组分，导电类型，载流子浓度，厚度等特性。
因有抽气装置，反应室中气体流速快，对于异质外延时，反应气体切换很快，可以得到陡峭的界面。
外延发生在加热的衬底的表面上，通过监控衬底的温度可以控制反应过程。
在一定条件下，外延层的生长速度与金属有机源的供应量成正比。
MOCVD及相关设备技术发展现状：MOCVD技术自二十世纪六十年代首先提出以来，经过七十至八十年代的发展，九十年代已经成为砷化镓、磷化铟等光电子材料外延片制备的核心生长技术。
目前已经在砷化镓、磷化铟等光电子材料生产中得到广泛应用。
日本科学家Nakamura将MOCVD应用氮化镓材料制备，利用他自己研制的MOCVD设备(一种非常特殊的反应室结构)，于1994年首先生产出高亮度蓝光和绿光发光二极管，1998年实现了室温下连续激射10,000小时，取得了划时代的进展。
外延工艺
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。
LED外延工艺
外延技术的分类
• • • • 外延技术与设备是外延片制造技术的关键所在。 液相外延 （Linquid Phase Epitaxy LPE）3-4族化合物的外延 气相外延 （Vapor Phase Epitaxy VPE）硅的主要外延工艺 固相外延 （Solid Phase Epitaxy SPE）离子注入退火过程 分子束外延（Molecular Beam Epitaxy MBE）
外延工艺
• 由LED工作原理可知，外延材料是LED的核心部分，事实上， LED的波长、亮度、正向电压等主要光电参数基本上取决于外延 材料。发光二极管对外延片的技术主要有以下四条： • ①禁带宽度适合。 • ②可获得电导率高的P型和N型材料。 • ③可获得完整性好的优质晶体。 • ④发光复合几率大。
外延制作工艺之化学气相淀积
• 化学气相淀积是反应物以气态到达加热的衬底表面发生化学反应，形成固 态薄膜和气态产物。 • 根据化学气相沉淀过程的需要，所选择的化学反应通常应该满足： • （1）反应物质在室温或不太高的温度下最好是气态，或由很高的蒸气压， 且有很高的纯度； • （2）通过沉积反应能够形成所需要的材料沉积层； • （3）反应易于控制。 • CVD可以制备金属薄膜和无机薄膜等 • 化学气相沉积种类很多，主要有：常压气相沉积、低压气相沉积、超低压 CVD/等离子体增强型CVD、激光增强型CVD、金属氧化物CVD等方法 • 按照发生化学种类不同还可以分为：热解法、氧化法、还原法、水解法、 混合反应等
外延制作工艺之化学气相淀积的优缺点
• CVD制备的薄膜最大的特点是致密性好、高效率、良好的台阶覆、孔盖能 力、可以实现厚膜淀积、以及相对的低成本 • 缺点：淀积过程容易对薄膜表面形成污染、对环境的污染等 • 常压CVD特点：不需要很好的真空度、淀积速度非常快、反应受温度影响 不大，淀积速度主要受反应气体的输运速度的影响 • MOCVD优点：反应温度低，广泛应用在化合物半导体制备上，特别是高亮 LED的制备上。
LED芯片(led chip)的制造工艺流程MOCVD技术
LED芯片(led chip)的制造工艺流程MOCVD技术外延生长的基本原理：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。
MOCVD介绍：金属有机物化学气相淀积（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，简称 MOCVD）， 1968年由美国洛克威尔公司提出来的一项制备化合物半导体单品薄膜的新技术。
该设备集精密机械、半导体材料、真空电子、流体力学、光学、化学、计算机多学科为一体，是一种自动化程度高、价格昂贵、技术集成度高的尖端光电子专用设备，主要用于GaN（氮化镓）系半导体材料的外延生长和蓝色、绿色或紫外发光二极管芯片的制造，也是光电子行业最有发展前途的专用设备之一。
LED芯片的制造工艺流程：外延片→清洗→镀透明电极层→透明电极图形光刻→腐蚀→去胶→平台图形光刻→干法刻蚀→去胶→退火→SiO2沉积→窗口图形光刻→SiO2腐蚀→去胶→N极图形光刻→预清洗→镀膜→剥离→退火→P极图形光刻→镀膜→剥离→研磨→切割→芯片→成品测试。
其实外延片的生产制作过程是非常复杂的，在展完外延片后，下一步就开始对LED外延片做电极（P极，N极），接着就开始用激光机切割LED外延片（以前切割LED外延片主要用钻石刀），制造成芯片后，在晶圆上的不同位置抽取九个点做参数测试，如图所示：1、 主要对电压、波长、亮度进行测试，能符合正常出货标准参数的晶圆片再继续做下一步的操作，如果这九点测试不符合相关要求的晶圆片，就放在一边另外处理。
2、 晶圆切割成芯片后，100%的目检（VI/VC），操作者要使用放大30倍数的显微镜下进行目测。
3、 接着使用全自动分类机根据不同的电压，波长，亮度的预测参数对芯片进行全自动化挑选、测试和分类。
4、 最后对LED芯片进行检查（VC）和贴标签。
5外延片的制造工艺
外延片的制造工艺
（6）检验
抛光表面在600倍显微镜下观察无划痕，亮点、桔 皮等缺陷，平行度好、平面度小，表面光洁度3到4级， 经X光双晶衍射测量摆动曲线半峰宽小于30秒。
外延片的制造工艺
• MOCVD外延片生长
MOCVD ： 金属有机物化学气相淀积(Metal-Organic
Chemical Vapor Deposition，简称MOCVD)
硅衬底对光的吸收严重，LED出光效率低。
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。
氮化镓衬底
1.制备氮化镓体单晶材料非常困难
2.氮化镓生长的最理想的衬底自然是氮化镓单晶材料 3.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。
4.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。
•由于GaN与衬底晶格失配为15 ．4％，因此要生长平坦而没有 裂纹的高质量GaN外延层非常困 难。Amano提出利用低温生长 AlN或GaN作为缓冲再与高温 (1000℃)生长GaN的二段生长法 得到表面平坦如镜，低剩余载 流子浓度，高电子迁移率的高
Al2O3衬底
外延片的制造工艺
2、外延片制造的基本流程
SiC衬底（碳化硅衬底） 化学稳定性好、导电性能好、导热性能好、不吸收可见光、价格
太高、晶体质量难以达到Al2O3和Si那么好、机械加工性能比较差。芯片电 极为L型，两个电极分布在器件的表面和底部，所产生的热量可以通过电极 直接导出；
目前用于氮化镓生长衬底就是SiC，
Si衬底
Si片作为GaN材料的衬底有许多优点，如晶体质量高，尺寸大，成本 低，易加工，良好的导电性、导热性和热稳定性等。 GaN外延层与Si衬底之间存在巨大的晶格失配和热失配，以及在GaN的 生长过程中容易形成非晶氮化硅， 采用两种接触方式，分别是L接触（Laterial-contact ,水平接触）和V接触 （Vertical-contact，垂直接触） 热的良导体，所以器件的导热性能可以明显改善，从而延长了器件的寿 命。
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的外延片生长技术介绍
LED的外延片生长技术介绍
外延片技术与设备是外延片制造技术的关键所在，金属有机物化学气相淀积(Metal-OrganicChemicalVaporDeposition，简称MOCVD)技术生长III-V 族，II-VI族化合物及合金的薄层单晶的主要方法。
下面是关于LED外延片技术的一些资料。
1.改进两步法生长工艺
目前商业化生产采用的是两步生长工艺，但一次可装入衬底数有限，6 片机比较成熟，20片左右的机台还在成熟中，片数较多后导致外延片均匀性不够。
发展趋势是两个方向：一是开发可一次在反应室中装入更多个衬底外延片生长，更加适合于规模化生产的技术，以降低成本；另外一个方向是高度自动化的可重复性的单片设备。
2.氢化物汽相外延片(HVPE)技术
采用这种技术可以快速生长出低位元错密度的厚膜，可以用做采用其他方法进行同质外延片生长的衬底。
并且和衬底分离的GaN薄膜有可能成为体单晶GaN芯片的替代品。
HVPE的缺点是很难精确控制膜厚，反应气体对设备具有腐蚀性，影响GaN材料纯度的进一步提高。
3.选择性外延片生长或侧向外延片生长技术
采用这种技术可以进一步减少位元错密度，改善GaN外延片层的晶体品质。
首先在合适的衬底上(蓝宝石或碳化硅)沉积一层GaN，再在其上沉积一层多晶态的SiO掩膜层，然后利用光刻和刻蚀技术，形成GaN视窗和掩膜层条。
在随后的生长过程中，外延片GaN首先在GaN视窗上生长，然后再横向生长于SiO条上。
4.悬空外延片技术(Pendeo-epitaxy)。
LED外延工艺
外延制作工艺之液相外延
• • • • 缺点 当外延层与衬底的晶格失配大于1%时生长发生困难。 由于生长速率较快，难以得到纳米厚度的外延材料。 外延层的表面形貌一般不如气相外延的好。
外延制作工艺之液相外延
• • • • • • • • • 工艺流程 1.准备工作 1）石墨舟处理 2）反应管处理 3）炉温设定 4）衬底制备 5）生长源称量 6）生长材料腐蚀清洗 2.外延生长步骤 1）开炉 2）清洗玻璃和石英器皿 3）称好溶液后应立即装入石墨舟源槽中，以减少在空气中的氧化和玷污 4）抽真空通氢气 5）脱氧 6）装源 7）熔源 8）外延生长 9）关炉取片
外延制作工艺之化学气相淀积
• 化学气相淀积是反应物以气态到达加热的衬底表面发生化学反应，形成固 态薄膜和气态产物。 • 根据化学气相沉淀过程的需要，所选择的化学反应通常应该满足： • （1）反应物质在室温或不太高的温度下最好是气态，或由很高的蒸气压， 且有很高的纯度； • （2）通过沉积反应能够形成所需要的材料沉积层； • （3）反应易于控制。 • CVD可以制备金属薄膜和无机薄膜等 • 化学气相沉积种类很多，主要有：常压气相沉积、低压气相沉积、超低压 CVD/等离子体增强型CVD、激光增强型CVD、金属氧化物CVD等方法 • 按照发生化学种类不同还可以分为：热解法、氧化法、还原法、水解法、 混合反应等
半导体照明之外延工艺及设备
李炳睿 2016.09.24
外延制作工艺
什么叫外延？
在单晶衬底上按照衬底晶向生长单晶薄膜的工艺被称为外延。 长有外延层的晶体片被称为外延片。
外延的分类
• 1.正向外延：在低阻衬底材料上生长高阻外延层的工艺 。 • 2.反向外延：在高阻衬底材料上生长低阻外延的工艺。 • 3.同质外延：生长的外延层与衬底是同一种材料。 • 4.异质外延：外延生长的薄膜材料与衬底材料不同，或 者生长的化学组分、甚至物理结构不同的外延层。
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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。
此处产生氨气和废氨水。
HPM清洗：由HCl溶液和H2O2溶液按一定比例组成的HPM，用于去除硅表面的钠、铁、镁和锌等金属污染物。
此工序产生氯化氢和废盐酸。
DHF清洗：去除上一道工序在硅表面产生的氧化膜。
磨片检测：检测经过研磨、RCA清洗后的硅片的质量，不符合要求的则从新进行研磨和RCA 清洗。
腐蚀A/B：经切片及研磨等机械加工后，芯片表面受加工应力而形成的损伤层，通常采用化学腐蚀去除。
腐蚀A是酸性腐蚀，用混酸溶液去除损伤层，产生氟化氢、NOX和废混酸；腐蚀B是碱性腐蚀，用氢氧化钠溶液去除损伤层，产生废碱液。
本项目一部分硅片采用腐蚀A，一部分采用腐蚀B。
分档监测：对硅片进行损伤检测，存在损伤的硅片重新进行腐蚀。
粗抛光：使用一次研磨剂去除损伤层，一般去除量在10~20um。
此处产生粗抛废液。
精抛光：使用精磨剂改善硅片表面的微粗糙程度，一般去除量1 um以下，从而得到高平坦度硅片。
产生精抛废液。
检测：检查硅片是否符合要求，如不符合则从新进行抛光或RCA清洗。
检测：查看硅片表面是否清洁，表面如不清洁则从新刷洗，直至清洁。
包装：将单晶硅抛光片进行包装。
芯片到制作成小芯片之前，是一张比较大的外延片，所以芯片制作工艺有切割这快，就是把外延片切割成小芯片。
它应该是LED制作过程中的一个环节LED（Light EmittingDiode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。
LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。
半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。
但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。
当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。
而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。
LED的分类1. 按发光管发光颜色分按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。
另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。
根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。
散射型发光二极管和达于做指示灯用。
2. 按发光管出光面特征分按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。
圆形灯按直径分为φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。
国外通常把φ3mm的发光二极管记作T-1;把φ5mm的记作T-1（3/4）；把φ4.4mm的记作T-1（1/4）。
由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。
从发光强度角分布图来分有三类：（1）高指向性。
一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。
半值角为5°~20°或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。
（2）标准型。
通常作指示灯用，其半值角为20°~45°.（3）散射型。
这是视角较大的指示灯，半值角为45°~90°或更大，散射剂的量较大。
3. 按发光二极管的结构分按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。
4. 按发光强度和工作电流分按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED（发光强度100mcd）；把发光强度在10~100mcd间的叫高亮度发光二极管。
一般LED的工作电流在十几mA 至几十mA,而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同）。
除上述分类方法外，还有按芯片材料分类及按功能分类的方法。
LED的色彩与工艺：制造LED的材料不同，可以产生具有不同能量的光子，借此可以控制LED 所发出光的波长，也就是光谱或颜色。
历史上第一个LED所使用的材料是砷（As）化镓（Ga），其正向PN结压降（VF,可以理解为点亮或工作电压）为1.424V,发出的光线为红外光谱。
另一种常用的LED材料为磷（P）化镓（Ga），其正向PN结压降为2.261V,发出的光线为绿光。
基于这两种材料，早期LED工业运用GaAs1-xPx材枓结构，理论上可以生产从红外光一直到绿光范围内任何波长的LED,下标X代表磷元素取代砷元素的百分比。
一般通过PN结压降可以确定LED的波长颜色。
其中典型的有GaAs0.6P0.4的红光LED,GaAs0.35P0.65 的橙光LED,GaAs0.14P0.86 的黃光LED等。
由于制造采用了鎵、砷、磷三种元素，所以俗称这些LED为三元素发光管。
而GaN（氮化镓）的蓝光LED 、GaP 的绿光LED和GaAs红外光LED,被称为二元素发光管。
而目前最新的工艺是用混合铝（Al）、钙（Ca）、铟（In）和氮（N）四种元素的AlGaInN 的四元素材料制造的四元素LED,可以涵盖所有可见光以及部份紫外光的光谱范围。
发光强度：发光强度的衡量单位有照度单位（勒克司Lux）、光通量单位（流明Lumen）、发光强度单位（烛光Candlepower）1CD（烛光）指完全辐射的物体，在白金凝固点温度下，每六十分之一平方厘米面积的发光强度。
（以前指直径为2.2厘米，质量为75.5克的鲸油烛，每小时燃烧7.78克，火焰高度为4.5厘米，沿水平方向的发光强度）1L（流明）指1 CD烛光照射在距离为1厘米，面积为1平方厘米的平面上的光通量。
1Lux（勒克司）指1L的光通量均匀地分布在1平方米面积上的照度。
一般主动发光体采用发光强度单位烛光CD,如白炽灯、LED等；反射或穿透型的物体采用光通量单位流明L,如LCD投影机等；而照度单位勒克司Lux,一般用于摄影等领域。
三种衡量单位在数值上是等效的，但需要从不同的角度去理解。
比如：如果说一部LCD投影机的亮度（光通量）为1600流明，其投影到全反射屏幕的尺寸为60英寸（1平方米），则其照度为1600勒克司，假设其出光口距光源1厘米，出光口面积为1平方厘米，则出光口的发光强度为1600CD.而真正的LCD投影机由于光传播的损耗、反射或透光膜的损耗和光线分布不均匀，亮度将大打折扣，一般有50%的效率就很好了。
实际使用中，光强计算常常采用比较容易测绘的数据单位或变向使用。
对于LED显示屏这种主动发光体一般采用CD/平方米作为发光强度单位，并配合观察角度为辅助参数，其等效于屏体表面的照度单位勒克司；将此数值与屏体有效显示面积相乘，得到整个屏体的在最佳视角上的发光强度，假设屏体中每个像素的发光强度在相应空间内恒定，则此数值可被认为也是整个屏体的光通量。
一般室外LED显示屏须达到4000CD/平方米以上的亮度才可在日光下有比较理想的显示效果。
普通室内LED,最大亮度在700~2000CD/平方米左右。
单个LED的发光强度以CD为单位，同时配有视角参数，发光强度与LED 的色彩没有关系。
单管的发光强度从几个mCD到五千mCD不等。
LED生产厂商所给出的发光强度指LED在20mA电流下点亮，最佳视角上及中心位置上发光强度最大的点。
封装LED时顶部透镜的形状和LED芯片距顶部透镜的位置决定了LED视角和光强分布。
一般来说相同的LED视角越大，最大发光强度越小，但在整个立体半球面上累计的光通量不变。
当多个LED较紧密规则排放，其发光球面相互叠加，导致整个发光平面发光强度分布比较均匀。
在计算显示屏发光强度时，需根据LED视角和LED的排放密度，将厂商提供的最大点发光强度值乘以30%~90%不等，作为单管平均发光强度。
一般LED的发光寿命很长，生产厂家一般都标明为100,000小时以上，实际还应注意LED的亮度衰减周期，如大部分用于汽车尾灯的UR红管点亮十几至几十小时后，亮度就只有原来的一半了。
亮度衰减周期与LED生产的材料工艺有很大关系，一般在经济条件许可的情况下应选用亮度衰减较缓慢的四元素LED.配色、白平衡：白色是红绿蓝三色按亮度比例混合而成，当光线中绿色的亮度为69%,红色的亮度为21%,蓝色的亮度为10%时，混色后人眼感觉到的是纯白色。
但LED 红绿蓝三色的色品坐标因工艺过程等原因无法达到全色谱的效果，而控制原色包括有偏差的原色的亮度得到白色光，称为配色。
当为全彩色LED显示屏进行配色前，为了达到最佳亮度和最低的成本，应尽量选择三原色发光强度成大致为3:6:1比例的LED器件组成像素。