LED外延片成長工藝的解決方案

今天來探討LED外延片的成長工藝，早期在小積體電路時(shí)代，每一個(gè)6?的外延片上制作數(shù)以千計(jì)的芯片，現(xiàn)在次微米線寬的大型VLSI，每一個(gè)8?的外延片上也只能完成一兩百個(gè)大型芯片。外延片的制造雖動(dòng)？投資數(shù)百億，但卻是所有電子工業(yè)的基礎(chǔ)。

硅晶柱的長成，首先需要將純度相當(dāng)高的硅礦放入熔爐中，并加入預(yù)先設(shè)定好的金屬物質(zhì)，使產(chǎn)生出來的硅晶柱擁有要求的電性特質(zhì)，接著需要將所有物質(zhì)融化后再長成單晶的硅晶柱，以下將對所有晶柱長成制程做介紹：

長晶主要程式：

1、融化（MELtDown）

此過程是將置放于石英坩鍋內(nèi)的塊狀復(fù)晶硅加熱制高于攝氏1420度的融化溫度之上，此階段中最重要的參數(shù)為坩鍋的位置與熱量的供應(yīng)，若使用較大的功率來融化復(fù)晶硅，石英坩鍋的壽命會降低，反之功率太低則融化的過程費(fèi)時(shí)太久，影響整體的產(chǎn)能。

2、頸部成長（Neck Growth）

當(dāng)硅融漿的溫度穩(wěn)定之后，將方向的晶種漸漸注入液中，接著將晶種往上拉升，并使直徑縮小到一定（約6mm），維持此直徑并拉長10-20cm，以消除晶種內(nèi)的排差（dislocation），此種零排差（dislocation-free）的控制主要為將排差局限在頸部的成長。

3、晶冠成長（Crown Growth）

長完頸部后，慢慢地降低拉速與溫度，使頸部的直徑逐漸增加到所需的大小。

4、晶體成長（Body Growth）

利用拉速與溫度變化的調(diào)整來遲維持固定的晶棒直徑，所以坩鍋必須不斷的上升來維持固定的液面高度，于是由坩鍋傳到晶棒及液面的輻射熱會逐漸增加，此輻射熱源將致使固業(yè)介面的溫度梯度逐漸變小，所以在晶棒成長階段的拉速必須逐漸地降低，以避免晶棒扭曲的現(xiàn)象產(chǎn)生。

5、尾部成長（Tail Growth）

當(dāng)晶體成長到固定（需要）的長度后，晶棒的直徑必須逐漸地縮小，直到與液面分開，此乃避免因熱應(yīng)力造成排差與滑移面現(xiàn)象。

切割：

晶棒長成以后就可以把它切割成一片一片的，也就是外延片。芯片，圓片，是半導(dǎo)體元件“芯片或”芯片的基材，從拉伸長出的高純度硅元素晶柱（Crystal Ingot）上，所切下之圓形薄片稱為外延片（外延片）。

磊晶：

砷化？磊晶依制程的不同，可分為LPE（液相磊晶）、MOCVD（有機(jī)金屬氣相磊晶）及MBE（分子束磊晶）。LPE的技術(shù)較低，主要用于一般的發(fā)光二極體，而MBE的技術(shù)層次較高，容易成長極薄的磊晶，且純度高，平整性好，但量產(chǎn)能力低，磊晶成長速度慢。MOCVD除了純度高，平整性好外，量產(chǎn)能力及磊晶成長速度亦較MBE為快，所以現(xiàn)在大都以MOCVD來生產(chǎn)。

其過程首先是將GaAs襯底放入昂貴的有機(jī)化學(xué)汽相沉積爐（簡MOCVD，又稱外延爐），再通入III、II族金屬元素的烷基化合物（甲基或乙基化物）蒸氣與非金屬（V或VI族元素）的氫化物（或烷基物）氣體，在高溫下，發(fā)生熱解反應(yīng)，生成III-V或II-VI族化合物沉積在襯底上，生長出一層厚度僅幾微米（1毫米=1000微米）的化合物半導(dǎo)體外延層。長有外延層的GaAs片也就是常稱的外延片。外延片經(jīng)芯片加工后，通電就能發(fā)出？色很純的單色光，如紅色、黃色等。不同的材料、不同的生長條件以及不同的外延層結(jié)構(gòu)都可以改變發(fā)光的？色和亮度。其實(shí)，在幾微米厚的外延層中，真正發(fā)光的也僅是其中的幾百納米（1微米=1000納米）厚的量子阱結(jié)構(gòu)。

反應(yīng)式：Ga（CH3）3 PH3= GaP3CH4