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LED外延片成長工藝的解決方案

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代,每一個6?的外延片上制作數以千計的芯片,現在次微米線寬的大型VLSI,每一個8?的外延片上也只能完成一兩百個大型芯片。外延片的制造雖動?投資數百億,但卻是所有電子工業的基礎。
  硅晶柱的長成,首先需要將純度相當高的硅礦放入熔爐中,并加入預先設定好的金屬物質,使產生出來的硅晶柱擁有要求的電性特質,接著需要將所有物質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的塊狀復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為坩鍋的位置與熱量的供應,若使用較大的功率來融化復晶硅,石英坩鍋的壽命會降低,反之功率太低則融化的過程費時太久,影響整體的產能。
  2、頸部成長(Neck Growth)
  當硅融漿的溫度穩定之后,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象產生。
  5、尾部成長(Tail Growth)
  當晶體成長到固定(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,此乃避免因熱應力造成排差與滑移面現象。
  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(有機金屬氣相磊晶)及MBE(分子束磊晶)。LPE的技術較低,主要用于一般的發光二極體,而MBE的技術層次較高,容易成長極薄的磊晶,且純度高,平整性好,但量產能力低,磊晶成長速度慢。MOCVD除了純度高,平整性好外,量產能力及磊晶成長速度亦較MBE為快,所以現在大都以MOCVD來生產。
  其過程首先是將GaAs襯底放入昂貴的有機化學汽相沉積爐(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,發生熱解反應,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。外延片經芯片加工后,通電就能發出?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構都可以改變發光的?色和亮度。其實,在幾微米厚的外延層中,真正發光的也僅是其中的幾百納米(1微米=1000納米)厚的量子阱結構。
  反應式: Ga(CH3)3 PH3= GaP3CH4

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