外延片处于LED产业链中的上游环节,包括原材料、衬底材料及设备这三大领域。在LED外延片生长、芯片、芯片封装这三个环节中,外延片生长投资要占到70%,外延片成本要占到封装成品的70%。
外延片生长主要依靠生长工艺和设备。制造外延片的主流方法是采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD),但即使是这种“蕞经济”的方法,其设备制造难度也非常大。国际上只有德国、美国、英国、日本等少数国家中数量非常有限的企业可以进行商业化生产。
外延片材料主要是硅,硅外延片也是当前外延片的主体。世界多晶硅、硅单晶及硅片等外延片制造材料几乎全部为信越(本部在日本,马来西亚、美国、英国)、MEMC(本部在美国,意大利、日本、韩国、马来西亚、台湾)、Wacker(本部在德国,美国、新加坡)、三菱(本部在日本,美国、印度尼西亚)等公司所控制,这四家公司的市场占有率近70%。这些公司除了本部之外,都在其它国家和地区设厂,是跨国生产与经营的公司。
国内外延片市场的基本格局是外资企业产品技术占据主导,本土厂商逐步崛起。近年来,下游应用市场的繁荣带动了我国LED产业迅猛发展,外延片市场也迎来发展良机。国内LED外延片产能快速提升,技术水平不断进步,产品已开始进入中高挡次。
为进一步完善LED产业链,“十二五”期间各级政府继续加强对上游外延片领域基础研究的投入,中下游企业也在积极向上游拓展。外延片作为LED核心器件中的前端高技术产品,我国在这一领域的企业竞争目前仍处于“蓝海”阶段,国内LED外延片市场发展前景乐观。
在晶片上生长为外延片的步骤:
在单晶衬底上生长一薄层单晶工艺,称为外延;长有外延层的晶体片称为外延片;外延材料是LED的核心部分。LED的波长、亮度、正向电压等主要光电参数基本上取决于外延材料。 外延技术和设备分气相外延、液相外延、金属有机化合物气相外延(MOCVD),目前主流方式为 MOCVD,而 MOCVD 外延炉则是 LED 外延片和芯片制造过程中的蕞重要的设备,在2008年前后时期,一套 MOCVD 设备需要上千万人民i币左右。
把衬底放到外延炉中,然后控制化合物气体在衬底上沉积,就像植物从地下生长上来一样,化合物沉积到衬底上好像从衬底上生长上来的一样,所以称之为外延片生长。需要生长多层微米级别的不同层。
在LED芯片制作过程中,把一些有缺陷的或者电极有磨损的芯片,分捡出来,这些就是后面的散晶,此时在蓝膜上有一些不符合正常出货要求的晶片,也就自然成了边片。
刚才谈到在晶圆上的不同位置抽取九个点做参数测试,对于不符合相关要求的晶圆片作另外处理,这些晶圆片是不能直接用来做LED方片,也就不做任何分检了,直接卖给客户了,也就是目前市场上的LED大圆片(但是大圆片里也有好东西,如方片)。
LED制作流程分为两大部分。
首先在衬低上制作氮化家(GaN)基的外延片,这个过程主要是在金属有机化学气相沉积外延炉中完成的。
准备好制作GaN基外延片所需的材料源和各种高纯的气体之后,按照工艺的要求就可以逐步把外延片做好。
常用的衬底主要有蓝宝石、碳化硅和硅衬底,还有GaAs、AlN、ZnO等材料。
MOCVD是利用气相反应物(前驱物)及Ⅲ族的有机金属和Ⅴ族的NH3在衬底表面进行反应,将所需的产物沉积在衬底表面。
通过控制温度、压力、反应物浓度和种类比例,从而控制镀膜成分、晶相等品质。
MOCVD外延炉是制作LED外延片蕞常用的设备。