哪些是常用來制造LED的半導(dǎo)體材料？

LED的發(fā)光有源層??PN結(jié)是如何制成的？哪些是常用來制造LED的半導(dǎo)體材料？

LED的實(shí)質(zhì)性結(jié)構(gòu)是半導(dǎo)體PN結(jié)。PN結(jié)就是指在一單晶中，具有相鄰的P區(qū)和N區(qū)的結(jié)構(gòu)，它通常在一種導(dǎo)電類型的晶體上以擴(kuò)散、離子注入或生長(zhǎng)的方法產(chǎn)生另一種導(dǎo)電類型的薄層來制得的。

常用來制造LED半導(dǎo)體材料主要有申化家、磷化家、家鋁申、磷申化家、銦家氮、銦家鋁磷等Ⅲ?Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料，其它還有Ⅳ族化合物半導(dǎo)體碳化硅，Ⅱ?Ⅵ族化合物硒化鋅等。

LED外延片產(chǎn)業(yè)發(fā)展淺析

外延片處于LED產(chǎn)業(yè)鏈中的上游環(huán)節(jié)，包括原材料、襯底材料及設(shè)備這三大領(lǐng)域。在LED外延片生長(zhǎng)、芯片、芯片封裝這三個(gè)環(huán)節(jié)中，外延片生長(zhǎng)投資要占到70%，外延片成本要占到封裝成品的70%。

外延片生長(zhǎng)主要依靠生長(zhǎng)工藝和設(shè)備。制造外延片的主流方法是采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積（MOCVD），但即使是這種“蕞經(jīng)濟(jì)”的方法，其設(shè)備制造難度也非常大。國(guó)際上只有德國(guó)、美國(guó)、英國(guó)、日本等少數(shù)國(guó)家中數(shù)量非常有限的企業(yè)可以進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)。

外延片材料主要是硅，硅外延片也是當(dāng)前外延片的主體。世界多晶硅、硅單晶及硅片等外延片制造材料幾乎全部為信越（本部在日本，馬來西亞、美國(guó)、英國(guó)）、MEMC（本部在美國(guó)，意大利、日本、韓國(guó)、馬來西亞、臺(tái)灣）、Wacker（本部在德國(guó)，美國(guó)、新加坡）、三菱（本部在日本，美國(guó)、印度尼西亞）等公司所控制，這四家公司的市場(chǎng)占有率近70%。這些公司除了本部之外，都在其它國(guó)家和地區(qū)設(shè)廠，是跨國(guó)生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)的公司。

國(guó)內(nèi)外延片市場(chǎng)的基本格局是外資企業(yè)產(chǎn)品技術(shù)占據(jù)主導(dǎo)，本土廠商逐步崛起。近年來，下游應(yīng)用市場(chǎng)的繁榮帶動(dòng)了我國(guó)LED產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，外延片市場(chǎng)也迎來發(fā)展良機(jī)。國(guó)內(nèi)LED外延片產(chǎn)能快速提升，技術(shù)水平不斷進(jìn)步，產(chǎn)品已開始進(jìn)入中高擋次。

為進(jìn)一步完善LED產(chǎn)業(yè)鏈，“十二五”期間各級(jí)政府繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)上游外延片領(lǐng)域基礎(chǔ)研究的投入，中下游企業(yè)也在積極向上游拓展。外延片作為L(zhǎng)ED核心器件中的前端高技術(shù)產(chǎn)品，我國(guó)在這一領(lǐng)域的企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)目前仍處于“藍(lán)海”階段，國(guó)內(nèi)LED外延片市場(chǎng)發(fā)展前景樂觀。

LED外延片工藝流程

LED 外延片工藝流程如下：

襯底 - 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 緩沖層生長(zhǎng)- N型GaN 層生長(zhǎng)- 多量i子阱發(fā)光層生- P 型GaN 層生長(zhǎng)- 退火- 檢測(cè)（光熒光、X 射線） - 外延片；

外延片- 設(shè)計(jì)、加工掩模版- 光刻- 離子刻蝕- N 型電極（鍍膜、退火、刻蝕） - P 型電極（鍍膜、退火、刻蝕） - 劃片- 芯片分檢、分級(jí)

具體介紹如下：

固定：將單晶硅棒固定在加工臺(tái)上。

切片：將單晶硅棒切成具有精i確幾何尺寸的薄硅片。此過程中產(chǎn)生的硅粉采用水淋，產(chǎn)生廢水和硅渣。

退火：雙工位熱氧化爐經(jīng)氮?dú)獯祾吆螅眉t外加熱至300~500℃，硅片表面和氧氣發(fā)生反應(yīng)，使硅片表面形成二氧化硅保護(hù)層。

倒角：將退火的硅片進(jìn)行修整成圓弧形，防止硅片邊緣破i裂及晶格缺陷產(chǎn)生，增加磊晶層及光阻層的平坦度。此過程中產(chǎn)生的硅粉采用水淋，產(chǎn)生廢水和硅渣。

分檔檢測(cè)：為保證硅片的規(guī)格和質(zhì)量，對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。此處會(huì)產(chǎn)生廢品。

研磨：用磨片i劑除去切片和輪磨所造的鋸痕及表面損傷層，有效改善單晶硅片的曲度、平坦度與平行度，達(dá)到一個(gè)拋光過程可以處理的規(guī)格。此過程產(chǎn)生廢磨片i劑。

清洗：通過有機(jī)i溶劑的溶解作用，結(jié)合超聲波清洗技術(shù)去除硅片表面的有機(jī)雜質(zhì)。此工序產(chǎn)生有機(jī)廢氣和廢有機(jī)i溶劑。

RCA清洗：通過多道清洗去除硅片表面的顆粒物質(zhì)和金屬離子。

LED芯片的制造工藝流程

外延片→清洗→鍍透明電極層→透明電極圖形光刻→腐蝕→去膠→平臺(tái)圖形光刻→干法刻蝕→去膠→退火→SiO2沉積→窗口圖形光刻→SiO2腐蝕→去膠→N極圖形光刻→預(yù)清洗→鍍膜→剝離→退火→P極圖形光刻→鍍膜→剝離→研磨→切割→芯片→成品測(cè)試。

其實(shí)外延片的生產(chǎn)制作過程是非常復(fù)雜的，在展完外延片后，下一步就開始對(duì)LED外延片做電極(P極，N極)，接著就開始用激光機(jī)切割LED外延片(以前切割LED外延片主要用鉆石刀)，制造成芯片后，在晶圓上的不同位置抽取九個(gè)點(diǎn)做參數(shù)測(cè)試：

1、主要對(duì)電壓、波長(zhǎng)、亮度進(jìn)行測(cè)試，能符合正常出貨標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的晶圓片再繼續(xù)做下一步的操作，如果這九點(diǎn)測(cè)試不符合相關(guān)要求的晶圓片，就放在一邊另外處理。

2、晶圓切割成芯片后，100%的目檢(VI/VC)，操作者要使用放大30倍數(shù)的顯微鏡下進(jìn)行目測(cè)。

3、接著使用全自動(dòng)分類機(jī)根據(jù)不同的電壓，波長(zhǎng)，亮度的預(yù)測(cè)參數(shù)對(duì)芯片進(jìn)行全自動(dòng)化挑選、測(cè)試和分類。

4、蕞后對(duì)LED芯片進(jìn)行檢查(VC)和貼標(biāo)簽。芯片區(qū)域要在藍(lán)膜的中心，藍(lán)膜上蕞多有5000粒芯片，但必須保證每張藍(lán)膜上芯片的數(shù)量不得少于1000粒，芯片類型、批號(hào)、數(shù)量和光電測(cè)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)記錄在標(biāo)簽上，附在蠟光紙的背面。