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。

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。

白平衡要求三种原色在相同的调灰值下合成的仍旧为纯正的白色。

LED2009投资分析
第一部分：LED：变革照明的第三代革命
1 LED代替白炽灯——任重而道远
自20世纪60年代世界第一个半导体发光二极管诞生以来，LED照明因具有寿命长、节能、色彩丰富、安全、环保特性，被誉为人类照明的第三次革命。

要达到家庭照明的领域还需要很长的路要走，要实现第三次照明革命要首先具备以下的照明成本分析。

根据美国圣地亚国家实验室所做的LED照明成本分析，投资成本是将一个灯泡的购买成本（每兆流明）分摊到整个寿命周期，运行成本是指一个灯泡在运行时的成本（每兆流明时），拥有成本是投资成本和运行成本之和，反映了一个灯泡从购买、运行到寿终整个生命周期的总成本。

到2010年LED的拥有成本降至0.77美元
每兆流明时，将低于荧光灯的1美元每兆流明时，到2020年LED的拥有成本将降至0.48美元每兆流明时，只有荧光灯的一半。

LED照明技术的发展目标是：发光效率将分阶段从2002年的25流明/瓦提高到2007年75流明/瓦、2010年的150流明/瓦和2020年的200流明/瓦，发光成本将从2002的200美元/千流明降低到2007年的20美元/千流明、2010年的5美元/千流明和2020年的2美元/千流明。

LED照明在2007年开始渗透进入白炽灯照明市场、2012年进入荧光灯照明市场，而大量取代白炽灯和荧光灯将分别在2012年和2020年。

2 世界主要国家半导体LED照明发展战略
LED照明生产的效益显而易见，世界各国都在政府的大力资助下加快推进LED 照明取代传统照明的步伐，日本、美国、欧盟、韩国、中国台湾和中国政府都制定了相应的发展计划。

中国半导体LED照明发展战略
中国大陆为节约能源、实现经济和社会的可持续发展，于6月3日制定《节能减排综合性工作方案》半导体照明产业顺应了节能减排的宏观政策。

从2005年开始科技部批准了大连、厦门、上海、南昌、深圳等五个半导体照明产业基地，之后在2007年和2008年相继批准石家庄、扬州等两个半导体照明产业基地，在政策、税收和资金上给予长期支持。

国际上主要国家半导体LED照明发展战略
请看下面表4
第二部分半导体照明产业链、微观结构分析
1 LED制造流程
LED的制作流程包括上游的单晶片衬底制作、外延晶片生长，中游的芯片、电极制作、切割和测试分选，以及下游的产品封装。

国际和国内MOVCD设备基本是全进口的，主要厂商为美国VEECO公司和德国AIXTRON公司两家。

2 外延用MOCVD工艺及微观结构图
MOVCD全称为Metal Organic Chemical Vapour Deposition。

第三部分全球LED市场综述
1 LED市场规模
2004年全球LED市场规模为47亿美元，Isuppli 预计到2008年将增张到69亿美元，年平均增长率约为13%，其中高亮度和超高亮度LED市场年平均增长率
将达到20%左右，到2008年二者合计占总体市场份额的三分之二，届时超高亮度LED单独的市场规模将达到16亿美元。

在高亮度LED产品中，GaN基芯片由于产品附加值高，各国（地区）竞相扩大产能。

GaN芯片的产能主要集中在台湾和日本，但中国大陆和韩国产能增长迅速，也成为重要的生产区域。

中国大陆芯片产能变化提升较快，是全球GaN芯片产能增加最快的地区。

芯片产能的增加一方面来自前几年所购MOCVD设备经过安装调试，陆续投入生产，如上海蓝宝、厦门三安、大连路明、上海蓝光等；另一方面也由于台湾厂商将部分芯片产能向大陆转移或台湾相关人员在大陆投资建厂，加快了国内芯片产能的提高，如厦门明达光电。

另外，随着台湾外延生产商对外延片出口的放松，国内部分厂商转而采用进口外延片来进行芯片批量生产，也在一定程度上提高了InGaN芯片的产量，如广东普光、士兰明芯等公司。

中国国内的蓝光芯片产能已经超过韩国，成为日本、台湾之后的第三大生产国，总体产能为台湾的34%。

2 全球LED市场应用领域机构
2004年手机应用市场占了高亮度LED市场的一半以上，随着手机应用市场的饱和，高亮度LED市场的增长速率将会放缓，估计增长率达到20%左右，市场总销售额达47亿美元左右。

新兴应用市场如通用照明、汽车前灯、大屏幕LCD背光源等将成为高亮度LED 市场增长的新动力，在大屏幕LCD背光源的推动下，2008年LCD背光源仍将占有26%的市场份额，到2008年高亮度LED市场仍将增长一倍。

2008年LED市场总销售额将达到69亿美元。

未来景观照明和通用照明的LED市场增长速度最快，iSuppli 预计景观照明LED市场份额将从03年的2%增加到08年的8%。

04年通用照明LED的销售额是9400万美元，到2010年将增长到8.75亿美元，年增长率将达52.3%，届时LED 照明将在全球120亿美元至140亿美元的照明市场占据重要的位置。

3 全球芯片价格走势
日本LED厂商供应的白光LED价格已从2000年的每颗105日元（约1美元），下跌到2005年的44日元（不到0.5美元）、2009年的20日元；蓝光LED价格从2000年的每颗92日元跌至2005年的17日元，预计2009年下降到8日元。

预计2008年全年跌幅在10%左右。

2004年台湾厂商生产的蓝光LED价格跌幅达到30%，2004年底蓝光LED报价已跌至新台币0.60-0.80元，05年蓝光LED的价格跌势趋缓，全年跌幅在15%。

预计08年全年跌幅在10%左右。

04年台湾白光LED价格跌幅在30%以内，04年底的平均报价在2.5元左右，由于台湾厂商积极进入白光LED领域，05年价格跌幅达到30%。

进入2008年，预计价格跌幅在10%左右。

导致价格持续走低的原因，主要是由于上游设备供应商MOVCD外延炉容量的不断扩大，致使LED外延生产商的单位生产成本下降。

从2003年以来，全球两大MOVCD设备厂商（美国的VEECO公司和德国的AIXTRON公司）的主流设备从2003年的6-8片机、2004年的12片机、2005年的15片机、2006年的21-24片机。

在同样原材料的情况下，每个外延片的成本大幅度下降。

目前主流设备的容量为24-30片左右，比2003年增加3倍以上，预计到2008年以后，主流设备的容量将达到45片左右
LED产品5大类别
第一：信息显示电子仪器、设备、家用电器等的信息显示、数码显示和各种显示器，以及LED显示屏（信息显示、广告、记分牌等）。

目前市场份额有100多亿元，潜在市场有几百亿元。

第二：交通信号灯城市交通、高速公路、铁路、机场、航海和江河航运用的信号灯等。

现有市场份额有几十亿元，潜在市场有上百亿元。

第三：汽车用灯汽车内外灯、转向灯、刹车灯、雾灯、前照灯、车内仪表显示及照明等。

目前市场份额有十几亿元，潜在市场有上百亿元。

第四：LED背光源小尺寸背光源：小于10英寸，主要用于手机、MP3、MP4、PDA、数码相机、摄像机和健身器材等；中等尺寸背光源：10英寸~20英寸之间，主要用于手提电脑、计算机显示器和各种监视器；大尺寸背光源：大于20英寸，主要用于彩色电视的LCD显示屏。

所有这些背光源目前市场份额有几十亿元，潜在市场有几百亿元。

第五：半导体照明根据现有产品的应用范围，可分为六类：
1、室外景观照明：护栏灯、投射灯、LED灯带、LED异型灯、数码灯管、地埋灯、草坪灯、水底灯等，目前市场份额有几十亿元，潜在市场有上百亿元。

2、室内装饰照明：壁灯、吊灯、嵌入式灯、射灯、墙角灯、平面发光板、格栅灯、日光灯、筒灯、变幻灯等，目前市场份额有十几亿元，潜在市场有上百亿元。

3、专用照明：便携式照明（手电筒、头灯）、低照度灯（廊灯、门牌灯、庭用灯）、阅读灯、显微镜灯、投影灯、照相机闪光灯、台灯、路灯等，现有市场份额有几十亿元，潜在市场有几百亿元。

4、安全照明：矿灯、防爆灯、应急灯、安全指示灯等，现有市场份额几亿元，潜在市场有几十亿元。

5、特种照明：军用照明灯、医用无热辐射照明灯、治疗灯、杀菌灯、农作物及花卉专用照明灯、生物专用灯、与太阳能光伏电池结合的专用LED灯等，目前市场份额不大，但具有很大意义和重要性，潜在市场有上百亿元。

6、普通照明：办公室、商店、酒店、家庭用的普通照明灯等，虽然LED照明目前尚未正式进入该领域，但随着LED技术的不断进步和成本的不断下降，预计近几年内将会逐步进入普通照明领域，其潜在市场是最大的，具有上千亿元发展潜力。

四大因素制约LED发展
金融危机下，政府通过各种投资或消费拉动经济，环保节能成为大趋势。

2008年财政部开始实行的《高效照明产品推广财政补贴资金管理暂行办法》，半导体（LED）照明产品被列入实施范围内。

而2009年是我国实现“十一五”节能减排约束性目标的关键一年，我国必须下大力气，打好节能减排攻坚战。

2009年财政部用于节能减排和生态建设资金为278亿元。

按照国家振兴规划的要求，2009年，国家将推广高效照明产品1亿只，普通白炽灯产量将比上年减少一成五，节能灯产量比上年增长三成。

2009年4月科技部发布的《关于同意开展“十城万盏”半导体照明应用工程试点工作的复函》的简称,文件提出在深圳、东莞、天津、上海等21个试点城市陆续开展半导体照明应用工程的100万盏推广工作。

虽然政府不断加强对LED节能灯的政策护航力度，但是LED节能灯依然市场发育不好，行业规模也较小，市场发展的并不顺利，分析目前我国的LED节能灯市场，目前有四大问题制约着LED节能灯的持续发展。

1、缺乏国家标准
目前我国缺乏LED照明产品的国家标准，质量认证标准缺失，直接导致市面上产品的质量参差不齐，市场混乱，产品和市场都缺乏统一的标准来进行衡量和规范，这就影响了消费者的购买信心。

同时也因为缺乏国家标准，无法进行质量认证，对于借力政策扶持来发展的LED产业而言，就意味着不能进入政府采购的名单，丧失了政府采购的大市场。

因此，缺乏必要的产品国家标准，成为制约LED照明产品持续发展的主要问题。

2、价格过高
LED的真正市场应当涵盖家居照明、商业照明、工业照明、道路与户外照明等多个领域，但是现在LED主要销售市场还是公共领域，而在家居照明这样需求量庞大的领域里却应用得最少。

我国的LED节能灯价格还过高，根据市场状况，3W的LED节能灯售价在80元左右，这个价格相当于普通节能灯五六倍、更高出白炽灯10多倍。

而这样的价格是不能被普通家庭接受。

价格就成为制约我国LED节能灯在家居照明领域发展的另一关键问题。

表1 LED节能灯与其他节能灯价格对比单位：元
数据来源：中机系（北京）信息技术研究院整理根据LED行业的“摩尔定律”，每18～24个月LED的光输出亮度便会翻一番，而价格会下降一半。

据此预测分析，在国家补贴的支持下，按照LED现在的发展形势来讲，到2012年，家用照明领域的LED节能灯价格将大幅下降，
价格的下降会拉动整个LED节能灯在家用照明领域的需求，预计到2010年，随着产业的不断发展，LED节能灯个人和家庭用户将达到高峰。

3、产品缺乏核心技术，家用产品系列单一
目前LED节能灯在我国家庭领域的应用还处于起步阶段，而在国外家用领域的应用已经比较成熟，很多国外的家庭都开始应用LED节能灯，主要是因为国外的电价很高，国外消费者愿意接受LED节能灯。

LED在国内除了价格相对其他节能灯产品过高以外，产品缺乏核心技术，产品线单一，目前市场还没有专用于家居照明的LED整体解决方案，缺乏更多家用系列的产品也影响其在国内市场的发展。

将于9月份上市的Ledino家居照明系列，是市场上第一个应用于家居照明的高功率LED整体解决方案，其中一款Ledino桌灯更在今年1月被美国时代杂志评为最具创新的LED照明产品，成为引领时尚创新潮流的代表作。

相信随着更多LED节能灯产品系列在国内上市，LED节能灯在家居产品的应用将越来越多。

4、消费者认知度差
作为世界照明电器第一大生产国、第二大出口国的中国，2003年成立了国家LED照明工程协调领导小组，正式启动国家LED照明工程。

但现实却很不乐观，我国经济发达地区的城市约70%用户启用节能灯，农村和不发达地区80%仍用白炽灯，很多消费者根本没听说过LED节能灯，这说明我国LED节能灯还存在巨大的潜在市场。

但是由于消费者对LED节能灯认知度低，厂商缺乏对LED。