詳解LED外延芯片工藝流程及晶片分類(lèi)

　　近十幾年來(lái)，為了開(kāi)發(fā)藍(lán)色高亮度發(fā)光二極管，世界各地相關(guān)研究的人員無(wú)不全力投入。而商業(yè)化的產(chǎn)品如藍(lán)光及綠光發(fā)光二級(jí)管LED&System=%E5%8D%83%E5%AE%B6%E7%BD%91" target="_blank" key="" style="text-decoration: none; color: rgb(11, 59, 140); transition: color 0.2s ease 0s; -webkit-transition: color 0.2s ease 0s; border-bottom-width: 1px; border-bottom-style: dashed; border-bottom-color: rgb(17, 17, 17);">LED及激光二級(jí)管LD 的應(yīng)用無(wú)不說(shuō)明了III-V 族元素所蘊(yùn)藏的潛能。

　　在目前商品化LED 之材料及其外延技術(shù)中，紅色及綠色發(fā)光二極管之外延技術(shù)大多為液相外延成長(zhǎng)法為主，而黃色、橙色發(fā)光二極管目前仍以氣相外延成長(zhǎng)法成長(zhǎng)磷砷化鎵GaAsP 材料為主。

　　一般來(lái)說(shuō)，GaN 的成長(zhǎng)須要很高的溫度來(lái)打斷NH3 之N-H 的鍵解，另外一方面由動(dòng)力學(xué)仿真也得知NH3 和MO Gas 會(huì)進(jìn)行反應(yīng)產(chǎn)生沒(méi)有揮發(fā)性的副產(chǎn)物。

　　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確幾何尺寸的薄硅片。此過(guò)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?，用紅外加熱至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，防止硅片邊緣破裂及晶格缺陷產(chǎn)生，增加磊晶層及光阻層的平坦度。此過(guò)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(guò)程可以處理的規(guī)格。此過(guò)程產(chǎn)生廢磨片劑。

　　清洗：通過(guò)有機(jī)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)溶劑。

　　RCA清洗：通過(guò)多道清洗去除硅片表面的顆粒物質(zhì)和金屬離子。

　　具體工藝流程如下：

　　SPM 清洗：用H2SO4 溶液和H2O2 溶液按比例配成SPM 溶液，SPM 溶液具有很強(qiáng)的氧化能力，可將金屬氧化后溶于清洗液，并將有機(jī)污染物氧化成CO2 和H2O。用SPM 清洗硅片可去除硅片表面的有機(jī)污物和部分金屬。此工序會(huì)產(chǎn)生硫酸霧和廢硫酸。

　　DHF 清洗：用一定濃度的氫氟酸去除硅片表面的自然氧化膜，而附著在自然氧化膜上的金屬也被溶解到清洗液中，同時(shí)DHF 抑制了氧化膜的形成。此過(guò)程產(chǎn)生氟化氫和廢氫氟酸。

　　APM 清洗：APM 溶液由一定比例的NH4OH溶液、H2O2 溶液組成，硅片表面由于H2O2 氧化作用生成氧化膜(約6nm呈親水性)，該氧化膜又被NH4OH腐蝕，腐蝕后立即又發(fā)生氧化，氧化和腐蝕反復(fù)進(jìn)行，因此附著在硅片表面的顆粒和金屬也隨腐蝕層而落入清洗液內(nèi)。此處產(chǎn)生氨氣和廢氨水。HPM 清洗：由HCl 溶液和H2O2 溶液按一定比例組成的HPM，用于去除硅表面的鈉、鐵、鎂和鋅等金屬污染物。此工序產(chǎn)生氯化氫和廢鹽酸。

　　DHF清洗：去除上一道工序在硅表面產(chǎn)生的氧化膜。

　　磨片檢測(cè)：檢測(cè)經(jīng)過(guò)研磨、RCA 清洗后的硅片的質(zhì)量，不符合要求的則從新進(jìn)行研磨和RCA 清洗。

　　腐蝕A/B：經(jīng)切片及研磨等機(jī)械加工后，晶片表面受加工應(yīng)力而形成的損傷層，通常采用化學(xué)腐蝕去除。腐蝕A 是酸性腐蝕，用混酸溶液去除損傷層，產(chǎn)生氟化氫、NOX 和廢混酸;腐蝕B 是堿性腐蝕，用氫氧化鈉溶液去除損傷層，產(chǎn)生廢堿液。本項(xiàng)目一部分硅片采用腐蝕A，一部分采用腐蝕B。分檔監(jiān)測(cè)：對(duì)硅片進(jìn)行損傷檢測(cè)，存在損傷的硅片重新進(jìn)行腐蝕。

　　粗拋光：使用一次研磨劑去除損傷層，一般去除量在10~20um。此處產(chǎn)生粗拋廢液。

　　精拋光：使用精磨劑改善硅片表面的微粗糙程度，一般去除量1um以下，從而的到高平坦度硅片。產(chǎn)生精拋廢液。

　　檢測(cè)：檢查硅片是否符合要求，如不符合則從新進(jìn)行拋光或RCA清洗。

　　檢測(cè)：查看硅片表面是否清潔，表面如不清潔則從新刷洗，直至清潔。

　　包裝：將單晶硅拋光片進(jìn)行包裝。

　　芯片到制作成小芯片之前，是一張比較大的外延片，所以芯片制作工藝有切割這快，就是把外延片切割成小芯片。它應(yīng)該是LED制作過(guò)程中的一個(gè)環(huán)節(jié)。

　　LED晶片的作用：

　　LED 晶片為L(zhǎng)ED 的主要原材料，LED 主要依靠晶片來(lái)發(fā)光。

　　LED 晶片的組成：

　　主要有砷(AS)鋁(AL)鎵(Ga)銦(IN)磷(P)氮(N)鍶(Si)這幾種元素中的若干種組成。

　　LED 晶片的分類(lèi)

　　1、按發(fā)光亮度分：

　　A、一般亮度：R﹑H﹑G﹑Y﹑E 等

　　B、高亮度：VG﹑VY﹑SR 等

　　C、超高亮度：UG﹑UY﹑UR﹑UYS﹑URF﹑UE 等

　　D、不可見(jiàn)光(紅外線)：R﹑SIR﹑VIR﹑HIR

　　E、紅外線接收管：PT

　　F、光電管：PD

　　2、按組成元素分：

　　A、二元晶片(磷﹑鎵)：H﹑G 等

　　B、三元晶片(磷﹑鎵﹑砷)：SR﹑HR﹑UR 等

　　C、四元晶片(磷﹑鋁﹑鎵﹑銦)：SRF﹑HRF﹑URF﹑VY﹑HY﹑UY﹑UYS﹑UE﹑HE、UG

　　LED 晶片特性表：

　　LED 晶片型號(hào)發(fā)光顏色組成元素波長(zhǎng)(nm)晶片型號(hào)發(fā)光顏色組成元素波長(zhǎng)(nm)

　　SBI 藍(lán)色lnGaN/sic 430 HY 超亮黃色AlGalnP 595

　　SBK較亮藍(lán)色lnGaN/sic 468 SE 高亮桔色GaAsP/GaP 610

　　DBK 較亮藍(lán)色GaunN/Gan 470 HE 超亮桔色AlGalnP 620

　　SGL青綠色lnGaN/sic 502 UE 最亮桔色AlGalnP 620

　　DGL較亮青綠色LnGaN/GaN 505 URF最亮紅色AlGalnP 630

　　DGM 較亮青綠色lnGaN 523 E桔色GaAsP/GaP635

　　PG 純綠GaP 555 R 紅色GAaAsP 655

　　SG標(biāo)準(zhǔn)綠GaP 560 SR 較亮紅色GaA/AS 660

　　G綠色GaP 565 HR 超亮紅色GaAlAs 660

　　VG 較亮綠色GaP 565 UR 最亮紅色GaAlAs 660

　　UG 最亮綠色AIGalnP 574 H高紅GaP 697

　　Y黃色GaAsP/GaP585 HIR 紅外線GaAlAs 850

　　VY 較亮黃色GaAsP/GaP 585 SIR 紅外線GaAlAs 880

　　UYS 最亮黃色AlGalnP 587 VIR 紅外線GaAlAs 940

　　UY 最亮黃色AlGalnP 595 IR 紅外線GaAs 940

　　其它：

　　1、LED晶片廠商名稱(chēng)：A、光磊(ED) B、國(guó)聯(lián)(FPD)C、鼎元(TK)D、華上(AOC)E、漢光(HL) F、AXT G、廣稼。

　　2、LED 晶片在生產(chǎn)使用過(guò)程中需注意靜電防護(hù)。