白光LED半導(dǎo)體制程簡(jiǎn)介.ppt

1、 1. 1.白色發(fā)光二極管白色發(fā)光二極管( (led) )發(fā)光原理發(fā)光原理 2.gan-led芯片的基本結(jié)構(gòu)芯片的基本結(jié)構(gòu) 3. 3.白光白光led制造過(guò)程制造過(guò)程 4. 4.氮化鎵氮化鎵(gan)半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料 5. 5.氮化鎵氮化鎵(gan)單晶制備技術(shù)單晶制備技術(shù) 6. 6.氮化鎵氮化鎵(gan) 外延襯底材料外延襯底材料 7. 7.藍(lán)寶石晶棒制造工藝流程藍(lán)寶石晶棒制造工藝流程 8. 8.藍(lán)寶石拋光晶片制造工藝流程藍(lán)寶石拋光晶片制造工藝流程 9. 9.藍(lán)寶石切割面與基板應(yīng)用種類藍(lán)寶石切割面與基板應(yīng)用種類 10.10.金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(mocvd) 11.

2、11.藍(lán)寶石藍(lán)寶石gan外延片制作過(guò)程外延片制作過(guò)程 12.12.氮化鎵氮化鎵(gan) mocvd反應(yīng)爐反應(yīng)爐 13.13.氮化鎵氮化鎵(gan) led晶片制造晶片制造 14.14.氮化鎵氮化鎵(gan)白光白光 led封裝封裝 內(nèi)容 白光發(fā)光二極管是由日本日亞化學(xué)公司第一個(gè)將其商品化，系二波長(zhǎng)白光 (藍(lán) 色光+黃色光)，主要技術(shù)原理是以氮化鎵氮化鎵( (gan)系藍(lán)光二極管芯片加上yag黃色 熒光粉，利用藍(lán)光激發(fā)黃色熒光粉產(chǎn)生黃色光，同時(shí)配合自身產(chǎn)生的藍(lán)光，即 形成藍(lán)黃混合二波長(zhǎng)白光。二波長(zhǎng)白光led的光譜如圖所示。 另一種是正在研制的三波長(zhǎng)（藍(lán)色光+綠色光+紅色光）白光發(fā)光二極管，三波

3、 長(zhǎng)白光的技術(shù)原理，是用紫外光的氮化鎵系發(fā)光二極管芯片激發(fā)塗在其表面的 混合熒光粉（內(nèi)含紅綠藍(lán)三色），使之產(chǎn)生三波長(zhǎng)白光。此種白光光色均勻， 演色性好，不會(huì)像二波長(zhǎng)白光有偏色現(xiàn)象（偏黃或偏藍(lán)）。 隨著白光led光效提升與技術(shù)進(jìn)步， 白光led應(yīng)用開(kāi)始跨入照明領(lǐng)域，目前照明 led的光效已達(dá)150lm/w以上(日光燈光效是70lm/w)，正在向200lm/w邁進(jìn)。 白光led與一般照明比較，除了省電外（用電量是一般燈泡的八分之一，日光 燈的二分之一），還有壽命長(zhǎng)（可達(dá)5萬(wàn)小時(shí)以上），安全環(huán)保（無(wú)污染）。 因此，白光led被譽(yù)為綠色照明光源。 一一. .白色發(fā)光二極管白色發(fā)光二極管( (led)

4、)發(fā)光原理發(fā)光原理 二二.gan-led芯片的基本結(jié)構(gòu)芯片的基本結(jié)構(gòu) 藍(lán)寶石al2o3 （ or sic）襯底 n型gan層 ingan多量子多量子阱層阱層 p型gan層 透明導(dǎo)電層 sapphire substrate gan buffer layer gan緩沖層 n-gan layer ingan mqw active layer p-gan layer transparent contact layer p-electrode p型電極 n-pad n型電極 三三. .白光白光led制造過(guò)程制造過(guò)程 制造襯底材料 加工制成晶片 gan外延生長(zhǎng) 制成外延晶片 led晶片制造 制成led晶

5、粒 led晶粒封裝 制成led成品 白光led的制作過(guò)程與制作硅晶圓ic很相似，首先經(jīng)過(guò)單晶生長(zhǎng)技術(shù)，制成 藍(lán)寶石或碳化硅單晶棒，經(jīng)過(guò)切割、研磨、拋光制成拋光晶片拋光晶片；再將其作為襯 底 (substrate)，使用外延技術(shù)將氮化鎵(gan)半導(dǎo)體生長(zhǎng)在襯底表面，制成外延外延 晶片晶片；外延片經(jīng)過(guò)半導(dǎo)體蝕刻工藝制成n型和p型電極，通過(guò)切割加工成led晶 粒；最后經(jīng)過(guò)固晶、邦線、封膠等工序制成白光led成品。 氮化鎵(gan)屬于寬禁帶半導(dǎo)體材料，由于受到缺乏合適的單晶襯底材料、位 錯(cuò)密度大等問(wèn)題的困擾，發(fā)展一直較為緩慢。1991年，日本日亞化工公司(nichia ) 研制成功以藍(lán)寶石為襯底的

6、gan藍(lán)光發(fā)光二級(jí)管(led)之后，實(shí)現(xiàn)gan基藍(lán)光led的 商品化。該公司利用gan基藍(lán)光led和磷光技術(shù)，開(kāi)發(fā)出白光led產(chǎn)品，此外，還 首先研制成功gan基藍(lán)光半導(dǎo)體激光器。日亞公司在發(fā)光器件領(lǐng)域取得的重大突 破，使gan半導(dǎo)體材料應(yīng)用獲得成功。 氮化鎵氮化鎵(gan)半導(dǎo)體材料特點(diǎn)半導(dǎo)體材料特點(diǎn): 氮化鎵(gan)作為一種化合物半導(dǎo)體材料，具有許多單晶硅(si)半導(dǎo)體材料所不 具備的優(yōu)異性能，包括能夠滿足大功率、高溫、高頻和高速半導(dǎo)體器件的工作要 求。其中g(shù)an半導(dǎo)體材料最重要的物理特點(diǎn)是具有更寬的禁帶(3.4ev)，可以發(fā)射 波長(zhǎng)比紅光更短的藍(lán)光。 以高亮藍(lán)光發(fā)光二極管(led)和藍(lán)

7、光激光器(ld)的研制成功為標(biāo)志，gan被譽(yù)為 是繼第一代鍺(ge)、硅(si)半導(dǎo)體材料、第二代砷化鎵(gaas)、磷化銦(inp)化合物 半導(dǎo)體材料之后的第三代半導(dǎo)體材料。 gan基led最誘人的發(fā)展前景是用作普通白光照明；藍(lán)光激光器(ld) 代表性應(yīng) 用是藍(lán)光dvd；gan制作微波功率器件優(yōu)于現(xiàn)有的一切半導(dǎo)體材料。 四四. .氮化鎵氮化鎵(gan)半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料 高亮度高亮度ledled、藍(lán)光激光器、藍(lán)光激光器ldld和功率晶體管是當(dāng)前器件制和功率晶體管是當(dāng)前器件制 造商和投資商最為感興趣和關(guān)注的三個(gè)造商和投資商最為感興趣和關(guān)注的三個(gè)gangan器件市場(chǎng)器件市場(chǎng)! ! 氮化鎵(ga

8、n)半導(dǎo)體材料性能優(yōu)越，而自然界沒(méi)有天然的此 類材料，需要人工合成。 氮化鎵(gan)單晶制備非常困難，主要是由于熔點(diǎn)很高，裂 解壓強(qiáng)極大。 氮化鎵(gan)單晶制備有三種方法：外延法、升華法、高壓 溶液生長(zhǎng)法。隨著gan單晶生長(zhǎng)研究的日趨成熟，外延法外延法成 為gan單晶生長(zhǎng)的主要技術(shù)。 五五. .氮化鎵氮化鎵(gan)(gan)單晶制備技術(shù)單晶制備技術(shù) 外延法原用于制造單晶硅單晶硅(si)(si)外延片外延片。單晶硅外延片是以 單晶硅拋光晶片為襯底（基片），在拋光片表面長(zhǎng)成硅單晶 薄膜（也稱為磊晶）。晶片表面上的外延單晶硅膜具有襯底 單晶硅所不具備的一些電學(xué)特性，并消除了許多在晶體生長(zhǎng) 和

9、加工中所引入的表面/近表面缺陷，因此，si外延片性能高 于si拋光片且價(jià)格較高，一般用于生產(chǎn)邏輯電路，而si拋光 片具有成本優(yōu)勢(shì)，通常用于生產(chǎn)存儲(chǔ)器電路。 外延外延是指用外延工藝在襯底表面生長(zhǎng)所需的單晶薄膜。 外延生長(zhǎng)可分為多種：外延生長(zhǎng)可分為多種： 1.按照襯底和外延層的化學(xué)成分不同，可分為同質(zhì)外延和異 質(zhì)外延； 2.按照反應(yīng)機(jī)理可分為利用化學(xué)反應(yīng)的外延生長(zhǎng)和利用物理 反應(yīng)的外延生長(zhǎng)； 3.按生長(zhǎng)過(guò)程中的相變方式可分為氣相外延、液相外延和固 相外延等。 氮化鎵外延依制程的不同，可分為：氮化鎵外延依制程的不同，可分為： 1.lpe（液相外延）：技術(shù)較低，主要用于一般的發(fā)光二極體； 2.mbe（

10、分子束外延）：技術(shù)層次較高，容易成長(zhǎng)極薄的磊晶， 且純度高，平整性好，但量產(chǎn)能力低，磊晶成長(zhǎng)速度慢。 3.3.mocvdmocvd（有機(jī)金屬氣相外延）（有機(jī)金屬氣相外延）：純度高，平整性好，量產(chǎn)能 力及磊晶成長(zhǎng)速度較mbe快，所以現(xiàn)在大都以mocvd來(lái)生產(chǎn)。 氮化鎵氮化鎵(gan)(gan)單晶制備技術(shù)單晶制備技術(shù)( (續(xù)續(xù)) ) gan單晶外延生長(zhǎng)需要有合適的襯底材料作基片（晶圓）； 最理想的襯底材料是gan單晶材料，在同質(zhì)襯底上生成同 質(zhì)外延層，然而，制備氮化鎵體單晶材料非常困難，目前 只有日本幾家公司能夠提供氮化鎵襯底，價(jià)格奇貴，一片 2英寸襯底價(jià)格約1萬(wàn)美元；日本三菱化學(xué)正在開(kāi)發(fā)可降低

11、 氮化鎵襯底價(jià)格的新制作方法“液相沉積法”，預(yù)計(jì)2012 年起開(kāi)始供給以此方法制造的氮化鎵襯底樣品，2015年起 開(kāi)始量產(chǎn)。 目前gan基氮化物薄膜一般都在異質(zhì)異質(zhì)襯底上生長(zhǎng)的。用于 氮化鎵研究的異質(zhì)襯底材料比較多，如氮化鎵(gan)、藍(lán) 寶石(al2o3) 、碳化硅(sic)、硅(si)、氧化鋅(zno)等材料， 但是能用于生產(chǎn)的襯底目前只有二種，即藍(lán)寶石(al2o3)和 碳化硅(sic)襯底。 六六. .氮化鎵氮化鎵(gan)(gan) 外延襯底材料外延襯底材料 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：不足方面雖然很多，但均被克 服，如很大的晶格失配被過(guò)渡層生長(zhǎng) 技術(shù)所克服，導(dǎo)電性能差通過(guò)同側(cè)p、 n電極所克服，機(jī)械

12、性能差不易切割 通過(guò)激光劃片所克服，。但是，差的 導(dǎo)熱性在器件小電流工作下沒(méi)有暴露 出明顯不足，卻在功率型器件大電流 工作下問(wèn)題十分突出。 外延襯底材料外延襯底材料- -藍(lán)寶石藍(lán)寶石(al2o3) 藍(lán)寶石單晶(al2o3)是目前用于氮化鎵生長(zhǎng)的最普遍的襯底材。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：化學(xué)穩(wěn)定性好、不吸收可見(jiàn)光、價(jià)格適中、制造技術(shù) 相對(duì)成熟； 碳化硅(sic)是用于氮化鎵生長(zhǎng)的第二種襯底材料，它在市 場(chǎng)上的占有率位居第二。 優(yōu)點(diǎn)：化學(xué)穩(wěn)定性好、導(dǎo)電性能好、導(dǎo)熱性能好、不吸收可 見(jiàn)光等； 缺點(diǎn)：價(jià)格太高、晶體質(zhì)量難以達(dá)到al2o3和si那么好、機(jī)械 加工性能比較差。 外延襯底材料外延襯底材料- -碳化硅單晶

13、碳化硅單晶(sic)(sic) 由于sic襯底優(yōu)異的導(dǎo)電性能和 導(dǎo)熱性能，不需要像al2o3襯底上功 率型氮化鎵led器件采用倒裝焊技 術(shù)解決散熱問(wèn)題，而是采用上下電 極結(jié)構(gòu)，可以比較好的解決功率型 氮化鎵led器件的散熱問(wèn)題。目前 國(guó)際上能提供商用的高質(zhì)量的sic襯 底的廠家只有美國(guó)cree公司。 碳化硅(sic) 七七. .藍(lán)寶石晶棒制造工藝流程藍(lán)寶石晶棒制造工藝流程 利用長(zhǎng) 晶爐生 長(zhǎng)尺寸 大且高 品質(zhì)的 單晶藍(lán) 寶石晶 體 確保藍(lán) 寶石晶 體在取 棒設(shè)備 上的正 確位置, 便于取 棒加工 以特定 方式從 藍(lán)寶石 晶體中 掏取出 藍(lán)寶石 晶棒 用磨床 進(jìn)行晶 棒的外 圓磨削, 達(dá)到精 確

14、的外 圓尺寸 精度 確保晶 棒品質(zhì) 以及晶 棒尺寸 與方位 是否合 客戶規(guī) 格 晶錠晶棒 八八. .藍(lán)寶石拋光晶片制造工藝流程藍(lán)寶石拋光晶片制造工藝流程 在切片 機(jī)上準(zhǔn) 確定位 藍(lán)寶石 晶棒的 位置, 以便于 精準(zhǔn)切 片加工 將藍(lán)寶 石晶棒 切成薄 薄的晶 片 去除切 片時(shí)造 成的晶 片切割 損傷層 及改善 晶片的 平坦度 將晶片 邊緣修 整成圓 弧狀, 改善薄 片邊緣 的機(jī)械 強(qiáng)度 改善晶 片粗糙 度,使 其表面 達(dá)到外 延片磊 晶級(jí)的 精度 以高精 密檢測(cè) 儀器檢 驗(yàn)晶片 品質(zhì)以 合乎客 戶要求 清除晶 片表面 的污物 (如:微 塵顆粒, 金屬, 有機(jī)污 物等) 藍(lán)寶石平邊定位，及端面 傾

15、協(xié)角度的測(cè)量與確認(rèn)， 以符合客戶要求 藍(lán)寶石拋光晶片制造工藝-定向定向orientation 平邊平邊 ：晶圓片圓周上的一個(gè)小平 面，是晶向定位的依據(jù)。 將完成軸向定位與粘貼的 晶棒，送入線切割機(jī)進(jìn)行 切片； 此步驟關(guān)系到客戶厚度規(guī) 格及角度規(guī)格，是關(guān)鍵步 驟。 藍(lán)寶石拋光晶片制造工藝-切片切片slicing 除去前制程切片、磨削、 的缺陷如鋸痕、表面損傷 層 改善晶片平坦度(ttv) 、 平行度、翹曲度，為晶片 進(jìn)行拋光制程做前期處理； 藍(lán)寶石拋光晶片制造工藝-研磨研磨lapping 剛切下來(lái)的晶片外邊緣很 鋒利，邊緣的棱角非常易 碎，為避免邊角崩裂影響 晶片強(qiáng)度、破壞表面光潔 和對(duì)后工序帶

16、來(lái)污染顆粒， 必須修整晶片邊緣形狀和 外徑尺寸。 將晶片邊緣修整成圓弧狀, 可改消除因應(yīng)力集中造成 的晶片多項(xiàng)缺陷，改善晶 片的機(jī)械、彈性強(qiáng)度。 藍(lán)寶石拋光晶片制造工藝-導(dǎo)角導(dǎo)角edge profiling 藍(lán)寶石拋光晶片制造工藝-拋光拋光polishing 拋光制程使用拋光漿與 拋光墊，搭配適當(dāng)溫度、 壓力與旋轉(zhuǎn)速度，可消 除前制程留下的機(jī)械/ 化學(xué)傷害層，改善晶圓 表面的粗糙度，并且得 到表面平面度極佳的晶 圓，避免客戶外延制程 中遭遇的聚焦問(wèn)題 晶圓經(jīng)過(guò)拋光后變得幾 乎完美無(wú)瑕。 清洗的目的在于清除晶 圓表面的污染物； 例如：表面微塵顆粒、 有機(jī)物、金屬等等，以 確保晶圓表面潔凈度。 藍(lán)

17、寶石拋光晶片制造工藝-清洗清洗cleaning 檢驗(yàn)：在出貨前為客 戶做的最后把關(guān)動(dòng)作， 使用高精密設(shè)備管控 晶片品質(zhì)，測(cè)量 resistance、thickness、 ttv、stir、bow、 warp等晶圓特性。 藍(lán)寶石拋光晶片制造工藝-檢驗(yàn)檢驗(yàn)inspection 藍(lán)寶石的組成為氧化鋁(al2o3)，是由三個(gè)氧原子和兩個(gè)鋁原子以共價(jià) 鍵型式結(jié)合而成,其晶體結(jié)構(gòu)為六方晶格結(jié)構(gòu)。它常被應(yīng)用的切面有a- plane,m-plane及r-plane。 九九. .藍(lán)寶石切割面與基板應(yīng)用種類藍(lán)寶石切割面與基板應(yīng)用種類 藍(lán)寶石切面圖圖 藍(lán)寶石切割面示意圖 藍(lán)寶石晶體結(jié)構(gòu)圖 藍(lán)寶石基板切割方向示意藍(lán)寶

18、石基板切割方向示意 半極性面m-plane (a-plane ) 極性面c-plane 無(wú)極性面r-plane 供外延片廠家使用的藍(lán)寶石基片分為三種供外延片廠家使用的藍(lán)寶石基片分為三種: : 1:c-plane藍(lán)寶石基板 這是廣大廠家普遍使用的供氮化鎵(gan)生長(zhǎng)的藍(lán)寶石 基板面.這主要是因?yàn)樗{(lán)寶石晶體沿c軸生長(zhǎng)的工藝成熟、 成本相對(duì)較低、物化性能穩(wěn)定,在c面進(jìn)行磊晶的技術(shù)成熟 穩(wěn)定. 2:r-plane或m-plane藍(lán)寶石基板 主要用來(lái)生長(zhǎng)非極性/半極性面氮化鎵(gan)外延薄膜, 以提高發(fā)光效率.通常在藍(lán)寶石基板上制備的gan外延膜是 沿c軸生長(zhǎng)的，而c軸是gan的極性軸，導(dǎo)致gan基

19、器件有源 層量子阱中出現(xiàn)很強(qiáng)的內(nèi)建電場(chǎng)，發(fā)光效率會(huì)因此降低， 而發(fā)展非極性面gan外延，克服這一物理現(xiàn)象，使發(fā)光效 率提高。 藍(lán)寶石切割面與基板應(yīng)用種類（續(xù)）藍(lán)寶石切割面與基板應(yīng)用種類（續(xù)） 3:圖案化藍(lán)寶石基板(pattern sapphire substrate簡(jiǎn)稱pss) 藍(lán)寶石切割面與基板應(yīng)用種類（續(xù)）藍(lán)寶石切割面與基板應(yīng)用種類（續(xù)） 以生長(zhǎng)或蝕刻的方式,在藍(lán)寶石基板上制作出微米級(jí)或納米 級(jí)的具有微結(jié)構(gòu)特定規(guī)則的圖案,藉以控制led之輸出光形式 (藍(lán)寶石基板上的凹凸圖案會(huì)產(chǎn)生光散射或折射的效果增加光 的取出率),同時(shí)gan薄膜成長(zhǎng)于圖案化藍(lán)寶石基板上會(huì)產(chǎn)生橫 向磊晶的效果,減少生長(zhǎng)在藍(lán)

20、寶石基板上gan之間的差排缺陷， 改善磊晶質(zhì)量，并提升led內(nèi)部量子效率、增加光萃取效率。 與成長(zhǎng)于一般藍(lán)寶石基板的led相比,亮度增加了70%以上。 金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(metal-organic chemical vapor deposition，簡(jiǎn)稱mocvd)是在1968年由美國(guó)洛克威爾公司 提出來(lái)的一項(xiàng)制備化合物半導(dǎo)體化合物半導(dǎo)體單晶薄膜的新技術(shù)。 金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積 (mocvd)是利用金屬有機(jī)化合物作 為源物質(zhì)(mo源)的一種化學(xué)氣相沉積(cvd)工藝。 mocvd外延生長(zhǎng)的基本原理： 將襯底基板(拋光晶圓片)放 入外延爐反應(yīng)室進(jìn)行加熱，同時(shí)將、族金屬元素的烷 基化合物（甲

21、基或乙基化物）與非金屬(或族元素)的 氫化物(或烷基物)氣體混合后送入反應(yīng)室，混合氣體流經(jīng) 加熱的襯底表面時(shí)，在高溫下，發(fā)生熱份解反應(yīng)，生成iii- v或ii-vi族化合物晶體沉積在襯底上，經(jīng)過(guò)不斷的磊晶過(guò)程， 生長(zhǎng)出厚度僅幾微米的化合物半導(dǎo)體單晶薄膜(即外延層)。 這種長(zhǎng)有外延層的晶圓片稱為外延片外延片。 十十. .金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(mocvd) mocvd 兩步法外延兩步法外延gan 高溫處理緩沖層生長(zhǎng)外延層生長(zhǎng) tmga nh3 溫度 1150oc 550oc 1050oc 化學(xué)方程式：化學(xué)方程式：ga(ch3)3+nh3 gan+ch4 三甲基鎵 gan和襯

22、底材料的晶格失配度大，日亞公司nakamura采用兩步生長(zhǎng)工藝，先 生長(zhǎng)出gan緩沖層，再在緩沖層生長(zhǎng)出高質(zhì)量的gan外延層。 藍(lán)光和白光led使用藍(lán)寶石gan基外延片； 藍(lán)寶石gan外延片由藍(lán)寶石al2o3襯底與gan基半導(dǎo)體外延薄膜組成； gan半導(dǎo)體外延薄膜主要由p型gan層， ingan多多量子阱層，n型gan層 三個(gè)部分構(gòu)成。 十一十一. .藍(lán)寶石藍(lán)寶石gan基基外延片制作過(guò)程外延片制作過(guò)程 led藍(lán)寶石gan基外延片結(jié)構(gòu) 藍(lán)寶石al2o3 襯底 gan緩沖層 n型gan層 ingan量子量子阱發(fā)光層阱發(fā)光層 p型gan層 外延片外延片 外延層外延層 襯底襯底 層層 外延片外延片 l

23、edled藍(lán)寶石藍(lán)寶石gan基基外延片工作流程外延片工作流程 藍(lán)寶石藍(lán)寶石gan基基外延片制作過(guò)程外延片制作過(guò)程( (續(xù)續(xù)) ) 尾氣 加熱線圈 晶片 反應(yīng)室 nh3 藍(lán)氨 sih4 硅烷 tmga tmin cp2mg h2 h2 h2 mocvd的工作流程示意圖 升華 升華 升華 外延生長(zhǎng)所需材料：外延生長(zhǎng)所需材料： 1.鎵(ga )源：三甲基鎵【tmga =ga(ch3)3 】 2.銦(in )源：三甲基銦【tmin =in(ch3)3 】 3.氮(n) 源：藍(lán)氨( nh3 ) 4.p 型摻雜源：二茂基鎂【cp2mg=mg(c5h5)2 】 5.n 型摻雜源：硅烷(sih4) 6.載氣：

24、高純度的 氫氣(h2) 被精確控制流量的反應(yīng)源材料經(jīng)加熱升華，在氫氣(h2)的攜帶下，被通入石英 或不銹鋼的反應(yīng)室，在藍(lán)寶石襯底上發(fā)生表面反應(yīng)后生長(zhǎng)外延層，襯底是放置在 被加熱的基座上的。在反應(yīng)后殘留的尾氣被掃出反應(yīng)室，通過(guò)去除微粒和毒性的 尾氣處理裝置后被排出系統(tǒng)。mocvd工作原理如圖所示。 gan 基外延薄膜生長(zhǎng)過(guò)程：基外延薄膜生長(zhǎng)過(guò)程： 第一步：藍(lán)寶石(al2o3)拋光晶片在氫氣(h2)的氣氛下加熱； 第二步：用藍(lán)氨( nh3 )氮化生長(zhǎng)緩沖層，再用nh3和三甲基鎵(tmga)生長(zhǎng)gan緩沖層緩沖層； 第三步：加入硅烷(sih4)，生長(zhǎng)si摻雜的n-gan單晶層單晶層； 第四步：加入三

25、甲基銦(tmin)，生長(zhǎng) 5個(gè)周期的ingan 多量子阱發(fā)光層多量子阱發(fā)光層； 第五步：加入二茂基鎂( (cp2mg)生長(zhǎng)mg摻雜的p-gan單晶層單晶層； 第六步： 用nh3退火； 第七步：外延片質(zhì)量檢驗(yàn)。 藍(lán)寶石藍(lán)寶石gan基基外延片制作過(guò)程外延片制作過(guò)程 ( (續(xù)續(xù)) ) 藍(lán)寶石al2o3 襯底 gan緩沖層 si：n型gan層 ingan量子量子阱發(fā)光層阱發(fā)光層 mg：p型gan層 用來(lái)生產(chǎn)用來(lái)生產(chǎn)gangan 基基ledled的的movcdmovcd外延爐種類：外延爐種類： 1.雙向流系統(tǒng)(two-flow mocvd) 其水平進(jìn)料氣體為n2、nh3、tmga等氣體，垂直方向進(jìn)料氣體

26、為h2和n2。其優(yōu) 點(diǎn)為讓外延所成長(zhǎng)出的膜均勻且厚度均一，其主要原理是利用垂直方向的h2和n2氣 體將其水平方向的進(jìn)料氣體n2、nh3、tmga等氣體往下壓，使其反應(yīng)均勻減少反應(yīng) 不均勻而導(dǎo)致影響led特性。 2.高速垂直流向系統(tǒng)(high speed vertical rotating type) 此類反應(yīng)器為cold-wall，其反應(yīng)之原理為將進(jìn)料氣體族及族氣體由上而下進(jìn) 入反應(yīng)器內(nèi)高溫下高速轉(zhuǎn)動(dòng)的基板襯底上進(jìn)行反應(yīng)，而外延片在load lock部份先進(jìn) 抽真空步驟，可使外延效果均勻及均一，另外的優(yōu)點(diǎn)為設(shè)備在高轉(zhuǎn)速1500rpm下可 使邊界層之coating變薄，反應(yīng)器空間較大可以一次生產(chǎn)

27、六片以上的外延片，可做為 量產(chǎn)型的設(shè)備。 3.封閉式旋轉(zhuǎn)盤外延系統(tǒng)(closed space rotating disc type) 此類反應(yīng)器為密閉空間之反應(yīng)器，其反應(yīng)之原理為將進(jìn)料氣體族由上而下進(jìn)入 反應(yīng)器，族氣體由水平方向進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)。氣體在高溫下、高速轉(zhuǎn)動(dòng)的基板襯底 上進(jìn)行反應(yīng)，而外延片與反應(yīng)器之頂端距離約1cm，這代表可供氣體反應(yīng)的空間只 有這么?。豢墒估诰Ч拥木鶆蚣熬?。其原因?yàn)橐蛲庋悠c反應(yīng)氣體進(jìn)口之 距離不大，其氣體的反應(yīng)空間不大，遠(yuǎn)比別種反應(yīng)器小了許多，外延的效果比其它 的mocvd爐好。 十二十二. .氮化鎵氮化鎵(gan) mocvd反應(yīng)爐反應(yīng)爐 4.放射狀橫向流系

28、統(tǒng)(planetary rotation with radial horizontal flow) 為axtrion公司所所發(fā)明的，其優(yōu)點(diǎn)為在常壓下即可操作且反應(yīng)器可容納七片以 上的外延片。 5.日本酸素橫向三向流系統(tǒng)(nippon sanso three-flow mocvd) 為日本酸素所生產(chǎn)的mocvd設(shè)備，也是目前日本公司大部分所使用設(shè)備。日本 酸素的設(shè)備為非量產(chǎn)型，一次只能生產(chǎn)一片，但性能良好，可生產(chǎn)高品質(zhì)激光二 級(jí)管都沒(méi)問(wèn)題。設(shè)備操作條件：在常壓及低壓都可操作、控溫精準(zhǔn)，在進(jìn)料氣體 方面其主要是將nh3、mo gas、n2平行入反應(yīng)器，其利用n2來(lái)穩(wěn)定nh3、 mo gas的均勻混

29、合來(lái)達(dá)到最佳之磊晶效果。 氮化鎵氮化鎵(gan) mocvd反應(yīng)爐反應(yīng)爐 國(guó)際上mocvd設(shè)備制造商主要有三家：德國(guó)的aixtron公司、美國(guó)的emcore公司 （veeco）、英國(guó)的thomas swan 公司（目前thomas swan公司被aixtron公司收購(gòu)），這三 家公司產(chǎn)品的主要區(qū)別在于反應(yīng)室。 十三十三.gan led晶片制造晶片制造 ledled芯片的制造工藝流程芯片的制造工藝流程： 外延片外延片清洗清洗mesa蝕刻蝕刻ito蒸鍍蒸鍍pn電極制作電極制作 保護(hù)層制作保護(hù)層制作點(diǎn)測(cè)試點(diǎn)測(cè)試晶片切割晶片切割led晶粒晶粒焊墊制作焊墊制作 gan led晶片制造晶片制造-外延片清洗外延片清洗 清除