演講人：日期:LED外延片工藝流程CATALOGUE目錄01基底準(zhǔn)備階段02外延生長(zhǎng)過(guò)程03摻雜工藝實(shí)施04清洗與蝕刻環(huán)節(jié)05檢測(cè)與測(cè)試方法06質(zhì)量控制與優(yōu)化01基底準(zhǔn)備階段基底材料選擇因其優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、高機(jī)械強(qiáng)度以及與氮化鎵材料良好的晶格匹配度，成為主流選擇，尤其適用于高亮度LED生產(chǎn)。藍(lán)寶石襯底成本低廉且兼容半導(dǎo)體工藝，但熱膨脹系數(shù)差異導(dǎo)致外延層應(yīng)力問(wèn)題，需通過(guò)緩沖層技術(shù)優(yōu)化。硅襯底具有高熱導(dǎo)率和低缺陷密度，適合大功率LED應(yīng)用，但成本較高且加工難度大，需權(quán)衡性能與經(jīng)濟(jì)效益。碳化硅襯底010302如藍(lán)寶石上生長(zhǎng)氮化鎵模板（GaN-on-Sapphire），通過(guò)預(yù)沉積過(guò)渡層改善外延質(zhì)量，平衡性能與成本。復(fù)合襯底04有機(jī)溶劑清洗使用丙酮、乙醇等溶劑去除襯底表面油脂和有機(jī)物殘留，需配合超聲震蕩增強(qiáng)清潔效果，避免化學(xué)污染。酸/堿溶液腐蝕針對(duì)不同襯底材料選擇鹽酸、硫酸或氫氧化鉀溶液，蝕刻表面氧化層及顆粒污染物，嚴(yán)格控制濃度和時(shí)間以防過(guò)腐蝕。等離子體清洗通過(guò)氬氣或氧氣等離子體轟擊表面，高效去除納米級(jí)污染物并活化襯底表面，提升外延層附著力。去離子水沖洗多級(jí)超純水漂洗確保無(wú)化學(xué)殘留，配合氮?dú)獯蹈杀苊馑?，最終達(dá)到原子級(jí)清潔標(biāo)準(zhǔn)。表面清潔處理結(jié)合氧化鋁或二氧化硅拋光液與機(jī)械壓力，實(shí)現(xiàn)亞納米級(jí)表面粗糙度，減少外延生長(zhǎng)缺陷?；瘜W(xué)機(jī)械拋光（CMP）在高溫惰性氣體環(huán)境中退火，修復(fù)拋光引起的晶格損傷并穩(wěn)定表面態(tài)，溫度和時(shí)間需精確匹配材料特性。退火處理01020304采用金剛石研磨液對(duì)襯底進(jìn)行粗拋，消除宏觀劃痕和凹凸，平整度需控制在微米級(jí)以內(nèi)。機(jī)械拋光通過(guò)原子力顯微鏡（AFM）和X射線衍射（XRD）驗(yàn)證表面粗糙度與結(jié)晶質(zhì)量，確保符合外延生長(zhǎng)要求。表面檢測(cè)預(yù)處理拋光步驟02外延生長(zhǎng)過(guò)程MOCVD生長(zhǎng)方法金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）技術(shù)利用金屬有機(jī)化合物（如TMGa、TMIn）和氫化物（如NH?）作為前驅(qū)體，在高溫反應(yīng)室內(nèi)通過(guò)氣相化學(xué)反應(yīng)在襯底表面沉積外延層，實(shí)現(xiàn)高純度、高均勻性的薄膜生長(zhǎng)。原位監(jiān)測(cè)與反饋控制通過(guò)激光干涉儀、反射式高能電子衍射（RHEED）等原位監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控外延層生長(zhǎng)速率、表面形貌及晶體質(zhì)量，并動(dòng)態(tài)調(diào)整工藝參數(shù)以保證生長(zhǎng)質(zhì)量。多片式反應(yīng)腔設(shè)計(jì)采用多片式反應(yīng)腔結(jié)構(gòu)，可同時(shí)生長(zhǎng)多片外延片，顯著提升生產(chǎn)效率，同時(shí)通過(guò)優(yōu)化氣流分布和襯底旋轉(zhuǎn)技術(shù)，確保外延層厚度和組分的均勻性。精確溫控系統(tǒng)外延生長(zhǎng)過(guò)程中，反應(yīng)室溫度需嚴(yán)格控制在設(shè)定范圍內(nèi)（通常為高溫區(qū)間），采用紅外測(cè)溫或熱電偶實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過(guò)多區(qū)加熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)襯底溫度的均勻性，避免因溫度波動(dòng)導(dǎo)致晶體缺陷。溫度與壓力控制低壓生長(zhǎng)環(huán)境通過(guò)真空泵系統(tǒng)維持反應(yīng)室內(nèi)低壓環(huán)境（通常在百帕量級(jí)），降低氣相中雜質(zhì)濃度，減少寄生反應(yīng)，同時(shí)優(yōu)化前驅(qū)體分子的擴(kuò)散速率，提升外延層結(jié)晶質(zhì)量。梯度溫度調(diào)控針對(duì)不同外延層（如緩沖層、量子阱層），采用梯度升溫或降溫策略，緩解晶格失配應(yīng)力，減少位錯(cuò)密度，提高器件發(fā)光效率。氣體輸送系統(tǒng)高精度質(zhì)量流量控制器（MFC）通過(guò)MFC精確控制載氣（如H?、N?）及反應(yīng)氣體（如NH?、MO源）的流量，確保氣相組分比例穩(wěn)定，避免因流量波動(dòng)導(dǎo)致外延層組分偏離或摻雜不均勻。氣體預(yù)混與分流技術(shù)在氣體進(jìn)入反應(yīng)腔前，通過(guò)預(yù)混腔將多路氣體均勻混合，并通過(guò)分流裝置實(shí)現(xiàn)反應(yīng)腔內(nèi)的氣流均勻分布，防止局部濃度過(guò)高或過(guò)低影響外延生長(zhǎng)一致性。尾氣處理與循環(huán)采用冷阱、催化分解或吸附裝置處理反應(yīng)尾氣中的未反應(yīng)前驅(qū)體及副產(chǎn)物，減少環(huán)境污染，同時(shí)部分惰性氣體可經(jīng)純化后循環(huán)利用，降低生產(chǎn)成本。03摻雜工藝實(shí)施摻雜劑類型選擇硅基摻雜劑采用硅烷（SiH?）或二氯硅烷（SiH?Cl?）作為n型摻雜源，通過(guò)氣相沉積實(shí)現(xiàn)載流子濃度調(diào)控，適用于高電子遷移率材料體系。030201鎂基摻雜劑選用二茂鎂（Cp?Mg）作為p型摻雜源，需精確控制反應(yīng)室溫度與壓力以避免鎂原子團(tuán)聚，確?？昭ㄗ⑷胄?。碳摻雜技術(shù)通過(guò)調(diào)整甲烷（CH?）流量實(shí)現(xiàn)碳替代摻雜，可降低深能級(jí)缺陷密度，提升器件高溫穩(wěn)定性。氣流分布優(yōu)化集成激光干涉儀或霍爾效應(yīng)傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)摻雜濃度波動(dòng)并動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)源瓶流量與生長(zhǎng)速率。原位監(jiān)測(cè)反饋退火工藝匹配通過(guò)快速熱退火（RTA）激活摻雜原子，消除濃度梯度，同時(shí)避免晶格損傷導(dǎo)致遷移率下降。采用多區(qū)進(jìn)氣系統(tǒng)與旋轉(zhuǎn)基座設(shè)計(jì)，消除反應(yīng)腔內(nèi)氣流死角，確保摻雜氣體在襯底表面均勻擴(kuò)散。濃度均勻性調(diào)控?fù)诫s層厚度控制生長(zhǎng)速率校準(zhǔn)基于高精度質(zhì)量流量控制器（MFC）與石英晶體微天平（QCM）聯(lián)用，將外延層生長(zhǎng)誤差控制在±1nm范圍內(nèi)。界面陡峭度提升通過(guò)SIMS深度剖析檢測(cè)摻雜元素分布曲線，驗(yàn)證厚度與設(shè)計(jì)值的偏差并優(yōu)化工藝窗口。采用脈沖摻雜技術(shù)中斷主源供應(yīng)，僅通入摻雜劑氣體，實(shí)現(xiàn)原子級(jí)突變異質(zhì)結(jié)界面。二次離子質(zhì)譜驗(yàn)證04清洗與蝕刻環(huán)節(jié)化學(xué)清洗技術(shù)采用丙酮、乙醇等有機(jī)溶劑去除外延片表面的油脂、指紋等有機(jī)污染物，需嚴(yán)格控制溶劑純度和清洗時(shí)間以避免殘留。有機(jī)溶劑清洗酸堿性溶液清洗去離子水沖洗使用鹽酸、硫酸或氨水等溶液溶解金屬離子和氧化物，針對(duì)不同襯底材料（如藍(lán)寶石、硅）選擇適配的酸堿配比和溫度參數(shù)。通過(guò)高純度去離子水多級(jí)漂洗，徹底清除化學(xué)試劑殘留，確保表面電導(dǎo)率和潔凈度達(dá)到納米級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。干法蝕刻過(guò)程反應(yīng)離子蝕刻（RIE）結(jié)合物理濺射與化學(xué)反應(yīng)的協(xié)同效應(yīng)，優(yōu)化掩膜選擇比和蝕刻速率，適用于氮化鎵（GaN）等硬質(zhì)材料的圖形化加工。03終點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)通過(guò)光學(xué)發(fā)射光譜（OES）或激光干涉儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蝕刻深度，動(dòng)態(tài)調(diào)整工藝參數(shù)以避免過(guò)蝕刻或殘留。0201等離子體蝕刻利用CF?、Cl?等反應(yīng)氣體在射頻電場(chǎng)下產(chǎn)生等離子體，選擇性蝕刻外延層，需精確控制氣體流量、功率和腔室壓力以實(shí)現(xiàn)垂直側(cè)壁形貌。采用PECVD或LPCVD技術(shù)在表面生長(zhǎng)致密SiO?薄膜，隔絕環(huán)境中的水氧侵蝕，同時(shí)降低界面態(tài)密度以提升器件可靠性。二氧化硅沉積通過(guò)SiN?薄膜的高應(yīng)力調(diào)控能力抑制外延片裂紋擴(kuò)展，其氫原子鈍化作用可修復(fù)表面懸掛鍵，減少非輻射復(fù)合中心。氮化硅鈍化層利用Al?O?等超薄介質(zhì)層的階梯覆蓋性，實(shí)現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)的均勻包覆，適用于微米級(jí)深槽結(jié)構(gòu)的鈍化保護(hù)。原子層沉積（ALD）表面鈍化處理05檢測(cè)與測(cè)試方法通過(guò)分光光度計(jì)或光譜分析系統(tǒng)精確測(cè)定LED外延片的發(fā)光波長(zhǎng)、色純度及色坐標(biāo)，確保其符合設(shè)計(jì)規(guī)格及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)應(yīng)用提供準(zhǔn)確的光學(xué)參數(shù)依據(jù)。光學(xué)特性檢測(cè)發(fā)光波長(zhǎng)與色坐標(biāo)測(cè)量采用積分球系統(tǒng)或光強(qiáng)分布測(cè)試儀量化外延片的光輸出效率，分析其亮度均勻性及光通量衰減特性，為優(yōu)化外延結(jié)構(gòu)提供數(shù)據(jù)支持。光強(qiáng)與光通量測(cè)試?yán)脮r(shí)間分辨熒光光譜技術(shù)（TRPL）評(píng)估載流子復(fù)合效率及內(nèi)量子效率，識(shí)別材料缺陷對(duì)發(fā)光性能的影響，指導(dǎo)外延生長(zhǎng)工藝改進(jìn)。熒光壽命與量子效率分析電學(xué)性能測(cè)試動(dòng)態(tài)阻抗與熱阻測(cè)試通過(guò)脈沖電流法或瞬態(tài)熱阻測(cè)試儀模擬實(shí)際工作條件，量化外延片的熱管理性能及電學(xué)穩(wěn)定性，預(yù)防高溫下的性能退化風(fēng)險(xiǎn)。正向/反向IV特性曲線測(cè)試通過(guò)半導(dǎo)體參數(shù)分析儀測(cè)量外延片的電流-電壓特性，分析其導(dǎo)通電壓、反向漏電流及串聯(lián)電阻等關(guān)鍵參數(shù)，驗(yàn)證外延層摻雜濃度與結(jié)結(jié)構(gòu)的有效性。電容-電壓（CV）特性分析采用高頻CV測(cè)試儀研究外延片的載流子濃度分布及勢(shì)壘高度，評(píng)估外延層厚度與界面質(zhì)量，為器件可靠性提供電學(xué)依據(jù)。光致發(fā)光（PL）缺陷成像利用高分辨率PL掃描系統(tǒng)定位外延片中的暗點(diǎn)、位錯(cuò)及應(yīng)力集中區(qū)域，結(jié)合圖像處理技術(shù)統(tǒng)計(jì)缺陷密度，評(píng)估材料結(jié)晶質(zhì)量。電子顯微鏡（SEM/EDS）微觀分析通過(guò)掃描電子顯微鏡觀察外延層表面形貌及截面結(jié)構(gòu)，配合能譜分析（EDS）識(shí)別雜質(zhì)元素分布，追溯缺陷成因至具體工藝環(huán)節(jié)。X射線衍射（XRD）晶格匹配檢測(cè)采用XRD技術(shù)測(cè)量外延層與襯底的晶格失配度，分析應(yīng)力分布及位錯(cuò)類型，為優(yōu)化外延生長(zhǎng)溫度與速率提供晶體學(xué)依據(jù)。缺陷掃描分析06質(zhì)量控制與優(yōu)化工藝參數(shù)監(jiān)控外延生長(zhǎng)過(guò)程中需實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反應(yīng)腔內(nèi)的溫度和壓力波動(dòng)，確保沉積速率和晶體質(zhì)量穩(wěn)定，避免因參數(shù)漂移導(dǎo)致薄膜厚度不均或缺陷密度增加。溫度與壓力精確控制氣體流量比例校準(zhǔn)生長(zhǎng)速率動(dòng)態(tài)調(diào)整精確調(diào)控MO源、載氣及摻雜氣體的流量比例，通過(guò)質(zhì)譜儀或紅外傳感器實(shí)時(shí)反饋數(shù)據(jù)，防止因氣體配比失調(diào)引發(fā)材料組分偏離或雜質(zhì)污染。采用原位光學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)（如橢偏儀）追蹤外延層生長(zhǎng)速率，結(jié)合反饋系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)工藝條件，保證各層厚度符合設(shè)計(jì)指標(biāo)。良率提升策略缺陷溯源與抑制通過(guò)高分辨率電子顯微鏡（SEM/TEM）分析外延片表面缺陷類型，優(yōu)化襯底預(yù)處理工藝或引入緩沖層技術(shù)，減少位錯(cuò)、堆垛層錯(cuò)等晶體缺陷。設(shè)備維護(hù)與校準(zhǔn)建立定期維護(hù)計(jì)劃，清潔反應(yīng)腔壁殘留物并校準(zhǔn)傳感器精度，避免因設(shè)備老化或污染導(dǎo)致的批次間性能波動(dòng)。均勻性優(yōu)化方案設(shè)計(jì)多區(qū)加熱系統(tǒng)或旋轉(zhuǎn)基座裝置，改善反應(yīng)腔內(nèi)溫度場(chǎng)和氣流分布，提升外延片徑向厚度與摻雜均勻性，降低邊緣區(qū)域性能衰減。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范驗(yàn)證材料特性測(cè)試通過(guò)