LED芯片及封裝技術(shù)研究

LED 芯片及封裝技術(shù)LED 已經(jīng)在照明及平板顯示背光市場(chǎng)有著廣泛的應(yīng)用，LED 的產(chǎn)業(yè)鏈比較長(zhǎng)，從上到下包括藍(lán)寶石生產(chǎn)、LED 外延芯片技術(shù)、熒光粉、檢測(cè)設(shè)備、LED 器件與模組等方面。本文就 LED 芯片及封裝技術(shù)做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹提綱。一、LED 芯片簡(jiǎn)介1.1 LED 芯片發(fā)光原理及簡(jiǎn)單分類LED 芯片，也稱為 LED 發(fā)光芯片，是 LED 燈的核心組件，也就是指的 P-N結(jié)。其主要功能是：把電能轉(zhuǎn)化為光能，芯片的主要材料為單晶硅。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是 P 型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N 型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè) P-N 結(jié)。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向P 區(qū)，在 P 區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是 LED發(fā)光的原理。而光的波長(zhǎng)也就是光的顏色，是由形成 P-N 結(jié)的材料決定的。目前芯片主要分為低壓直流芯片和高壓直流芯片。其中，低壓直流芯片包括正裝結(jié)構(gòu)芯片、垂直結(jié)構(gòu)芯片以及三維(無金線)垂直結(jié)構(gòu)芯片。高壓直流芯片包括正裝結(jié)構(gòu)芯片。從襯底的角度看當(dāng)前整個(gè)行業(yè)的技術(shù)路線，主流襯底是藍(lán)寶石與 SiC，Si 襯底是未來希望所在。芯片技術(shù)最主要的突破點(diǎn)就是提高 LM/W & LM/$?？赡芡黄泣c(diǎn)包括：1、大電流密度驅(qū)動(dòng)芯片；2、三維垂直結(jié)構(gòu)芯片；3、垂直結(jié)構(gòu)高壓交直流芯片；4、綠光 IQE 提升(Green-Gap)；5、襯底：硅襯底、石墨襯底、GaN、AlN 及其他襯底。三維垂直結(jié)構(gòu)芯片的最重要的優(yōu)勢(shì)是沒有電感效應(yīng)。垂直結(jié)構(gòu)高壓交直流芯片的優(yōu)勢(shì)主要是加大電流驅(qū)動(dòng)、降低芯片的成本。高壓芯片會(huì)降低變壓部分的成本，交流芯片可降低整流部分的成本。另外也可通過在襯底上制作圖形以及將芯片外形異型化提高出光效率。1.2 LED 芯片的制作流程總的來說，LED 制作流程分為兩大部分： 首先在襯底上制作氮化鎵（GaN）基的外延片，這個(gè)過程主要是在金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積外延片爐(MOCVD) 中完成的。準(zhǔn)備好制作 GaN 基外延片所需的材料源和各種高純的氣體之后，按照工藝的要求就可以逐步把外延片做好。常用的襯底主要有藍(lán)寶石、碳化硅和硅襯底，還有 GaAs、AlN 、ZnO 等材料。MOCVD 是利用氣相反應(yīng)物（前驅(qū)物）及族的有機(jī)金屬和 族的 NH3 在襯底表面進(jìn)行反應(yīng)，將所需的產(chǎn)物沉積在襯底表面。通過控制溫度、壓力、反應(yīng)物濃度和種類比例，從而控制鍍膜成分、晶相等品質(zhì)。MOCVD 外延爐是制作LED 外延片最常用的設(shè)備。然后是對(duì) LED PN 結(jié)的兩個(gè)電極進(jìn)行加工，電極加工也是制作 LED 芯片的關(guān)鍵工序，包括清洗、蒸鍍、黃光、化學(xué)蝕刻、熔合、研磨；然后對(duì) LED 毛片進(jìn)行劃片、測(cè)試和分選，就可以得到所需的 LED 芯片。如果芯片清洗不夠干凈，蒸鍍系統(tǒng)不正常，會(huì)導(dǎo)致蒸鍍出來的金屬層（指蝕刻后的電極）會(huì)有脫落，金屬層外觀變色，金泡等異常。蒸鍍過程中有時(shí)需用彈簧夾固定芯片，因此會(huì)產(chǎn)生夾痕（在目檢必須挑除） 。黃光作業(yè)內(nèi)容包括烘烤、上光阻、照相曝光、顯影等，若顯影不完全及光罩有破洞會(huì)有發(fā)光區(qū)殘多出金屬。芯片在前段工藝中，各項(xiàng)工藝如清洗、蒸鍍、黃光、化學(xué)蝕刻、熔合、研磨等作業(yè)都必須使用鑷子及花籃、載具等，因此會(huì)有芯片電極刮傷情形發(fā)生。1.3 LED 芯片生產(chǎn)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)LED 芯片生產(chǎn)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)包括 LED 襯底材料的生產(chǎn)、MOCVD 設(shè)備及使用等。下面分別做一下簡(jiǎn)單介紹：1.3.1 LED 芯片襯底對(duì)于制作 LED 芯片來說，襯底材料的選用是首要考慮的問題。應(yīng)該采用哪種合適的襯底，需要根據(jù)設(shè)備和 LED 器件的要求進(jìn)行選擇。好的襯底材料應(yīng)具備一下特點(diǎn)：1襯底與外延膜的結(jié)構(gòu)匹配：外延材料與襯底材料的晶體結(jié)構(gòu)相同或相近、晶格常數(shù)失配小、結(jié)晶性能好、缺陷密度低； 2襯底與外延膜的熱膨脹系數(shù)匹配：熱膨脹系數(shù)的匹配非常重要，外延膜與襯底材料在熱膨脹系數(shù)上相差過大不僅可能使外延膜質(zhì)量下降，還會(huì)在器件工作過程中，由于發(fā)熱而造成器件的損壞； 3襯底與外延膜的化學(xué)穩(wěn)定性匹配：襯底材料要有好的化學(xué)穩(wěn)定性，在外延生長(zhǎng)的溫度和氣氛中不易分解和腐蝕，不能因?yàn)榕c外延膜的化學(xué)反應(yīng)使外延膜質(zhì)量下降； 4材料制備的難易程度及成本的高低：考慮到產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的需要，襯底材料的制備要求簡(jiǎn)潔，成本不宜很高。襯底尺寸一般不小于 2 英寸。 當(dāng)前用于 GaN 基 LED 的襯底材料比較多，但是能用于商品化的襯底目前只有兩種，即藍(lán)寶石和碳化硅襯底。其它諸如 GaN、Si、ZnO 襯底還處于研發(fā)階段，離產(chǎn)業(yè)化還有一段距離，下面逐一介紹一下各種材料：氮化鎵： 用于 GaN 生長(zhǎng)的最理想襯底是 GaN 單晶材料，可以大大提高外延膜的晶體質(zhì)量，降低位錯(cuò)密度，提高器件工作壽命，提高發(fā)光效率，提高器件工作電流密度。但是制備 GaN 體單晶非常困難，到目前為止還未有行之有效的辦法。 氧化鋅： ZnO 之所以能成為 GaN 外延的候選襯底，是因?yàn)閮烧呔哂蟹浅ｓ@人的相似之處。兩者晶體結(jié)構(gòu)相同、晶格識(shí)別度非常小，禁帶寬度接近（能帶不連續(xù)值小，接觸勢(shì)壘?。?。但是，ZnO 作為 GaN 外延襯底的致命弱點(diǎn)是在 GaN 外延生長(zhǎng)的溫度和氣氛中易分解和腐蝕。目前，ZnO 半導(dǎo)體材料尚不能用來制造光電子器件或高溫電子器件，主要是材料質(zhì)量達(dá)不到器件水平和 P 型摻雜問題沒有得到真正解決，適合 ZnO 基半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)的設(shè)備尚未研制成功。 藍(lán)寶石： 用于 GaN 生長(zhǎng)最普遍的襯底是 Al2O3。其優(yōu)點(diǎn)是化學(xué)穩(wěn)定性好，不吸收可見光、價(jià)格適中、制造技術(shù)相對(duì)成熟。導(dǎo)熱性差雖然在器件小電流工作中沒有暴露明顯不足，卻在功率型器件大電流工作下問題十分突出。 碳化硅： SiC 作為襯底材料應(yīng)用的廣泛程度僅次于藍(lán)寶石。 SiC 襯底有化學(xué)穩(wěn)定性好、導(dǎo)電性能好、導(dǎo)熱性能好、不吸收可見光等優(yōu)點(diǎn)，但不足方面也很突出，如價(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，另外，SiC 襯底吸收 380 納米以下的紫外光，不適合用來研發(fā) 380 納米以下的紫外LED。由于 SiC 襯底有益的導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能，采用碳化硅襯底的導(dǎo)熱性能（碳化硅的導(dǎo)熱系數(shù)為 490W/(mK)）要比藍(lán)寶石襯底高出 10 倍以上。藍(lán)寶石本身是熱的不良導(dǎo)體，并且在制作器件時(shí)底部需要使用銀膠固晶，這種銀膠的傳熱性能也很差。使用碳化硅襯底的芯片電極為 L 型，兩個(gè)電極分布在器件的表面和底部，所產(chǎn)生的熱量可以通過電極直接導(dǎo)出；同時(shí)這種襯底不需要電流擴(kuò)散層，因此光不會(huì)被電流擴(kuò)散層的材料吸收，這樣又提高了出光效率?？梢暂^好地解決功率型 GaN LED 器件的散熱問題，故在半導(dǎo)體照明技術(shù)領(lǐng)域占重要地位。但是相對(duì)于藍(lán)寶石襯底而言，碳化硅制造成本較高，實(shí)現(xiàn)其商業(yè)化還需要降低相應(yīng)的成本。硅襯底：目前有部分 LED 芯片采用硅襯底。硅襯底的芯片電極可采用兩種接觸方式，分別是 L 接觸（Laterial-contact,水平接觸）和 V 接觸（Vertical-contact，垂直接觸） ，以下簡(jiǎn)稱為 L 型電極和 V 型電極。通過這兩種接觸方式，LED 芯片內(nèi)部的電流可以是橫向流動(dòng)的，也可以是縱向流動(dòng)的。由于電流可以縱向流動(dòng)，因此增大了 LED 的發(fā)光面積，從而提高了 LED 的出光效率。因?yàn)楣枋菬岬牧紝?dǎo)體，所以器件的導(dǎo)熱性能可以明顯改善，從而延長(zhǎng)了器件的壽命。 碳化硅襯底：碳化硅襯底（美國的 CREE 公司專門采用 SiC 材料作為襯底）的 LED 芯片電極是 L 型電極，電流是縱向流動(dòng)的。采用這種襯底制作的器件的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能都非常好，有利于做成面積較大的大功率器件。上述襯底材料中，藍(lán)寶石襯底最常使用，GaN 基材料和器件的外延層主要生長(zhǎng)在藍(lán)寶石襯底上。藍(lán)寶石襯底有許多的優(yōu)點(diǎn)：首先，藍(lán)寶石襯底的生產(chǎn)技術(shù)成熟、器件質(zhì)量較好；其次，藍(lán)寶石的穩(wěn)定性很好，能夠運(yùn)用在高溫生長(zhǎng)過程中；最后，藍(lán)寶石的機(jī)械強(qiáng)度高，易于處理和清洗。因此，大多數(shù)工藝一般都以藍(lán)寶石作為襯底。藍(lán)寶石作為襯底的 LED 芯片使用藍(lán)寶石作為襯底也存在一些問題，例如晶格失配和熱應(yīng)力失配，這會(huì)在外延層中產(chǎn)生大量缺陷，同時(shí)給后續(xù)的器件加工工藝造成困難。藍(lán)寶石是一種絕緣體，常溫下的電阻率大于1011cm，在這種情況下無法制作垂直結(jié)構(gòu)的器件；通常只在外延層上表面制作 n 型和 p 型電極，在上表面制作兩個(gè)電極，造成了有效發(fā)光面積減少，同時(shí)增加了器件制造中的光刻和刻蝕工藝過程，結(jié)果使材料利用率降低、成本增加。由于 P 型 GaN 摻雜困難，當(dāng)前普遍采用在 p 型 GaN 上制備金屬透明電極的方法，使電流擴(kuò)散，以達(dá)到均勻發(fā)光的目的。但是金屬透明電極一般要吸收約 30%40%的光，同時(shí) GaN 基材料的化學(xué)性能穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度較高，不容易對(duì)其進(jìn)行刻蝕，因此在刻蝕過程中需要較好的設(shè)備，這將會(huì)增加生產(chǎn)成本。藍(lán)寶石的硬度非常高，在自然材料中其硬度僅次于金剛石，但是在 LED 器件的制作過程中卻需要對(duì)它進(jìn)行減薄和切割（從 400nm 減到 100nm 左右） 。添置完成減薄和切割工藝的設(shè)備又要增加一筆較大的投資。藍(lán)寶石的導(dǎo)熱性能不是很好（在 100約為25W/（mK ） ） 。因此在使用 LED 器件時(shí)，會(huì)傳導(dǎo)出大量的熱量；特別是對(duì)面積較大的大功率器件，導(dǎo)熱性能是一個(gè)非常重要的考慮因素。藍(lán)寶石晶體是 LED 產(chǎn)業(yè)的上游原材料，在可預(yù)見的將來仍然會(huì)處于不可替代的地位。目前國際上主流的藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)工藝是泡生法（KY 法） 、提拉法（CZ 法） 、導(dǎo)模法（ EFG 法） 、坩堝下降法和熱交換法（HEM 法）等。其中，泡生法生長(zhǎng)工藝的 LED 襯底市場(chǎng)份額超過 50%，其他生長(zhǎng)工藝法市場(chǎng)份額總計(jì)也只有 40%多。泡生法的市場(chǎng)份額最高，同時(shí)也被無數(shù)國內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證明是質(zhì)量最優(yōu)、性價(jià)比最高的 LED 藍(lán)寶石生產(chǎn)工藝。泡生法的優(yōu)點(diǎn)是晶體品質(zhì)較高，成本較低。缺點(diǎn)是采用傳統(tǒng)的泡生爐，晶體質(zhì)量穩(wěn)定性取決于操作人員的技術(shù)水平，穩(wěn)定性較差，對(duì)人的依賴性較高。提拉法：日本的水平做得較高，但成本也很高。導(dǎo)模法：目前只有日本京瓷和并木生產(chǎn)的晶體可以用于襯底，國內(nèi)用導(dǎo)模法生產(chǎn)的藍(lán)寶石晶體，質(zhì)量上達(dá)不到行業(yè)使用要求。坩堝下降法：成本較低，但晶體品質(zhì)不高，且不事宜 4 英寸以上襯底的生產(chǎn)。熱交換法：還要進(jìn)一步驗(yàn)證，從現(xiàn)有市場(chǎng)供應(yīng)情況看，熱交換法生產(chǎn)的LED 即晶體的市場(chǎng)份額還很小。目前泡生法長(zhǎng)晶爐設(shè)備主要提供商是俄羅斯設(shè)備和烏克蘭設(shè)備，國內(nèi)也有多家泡生法藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐設(shè)備企業(yè)，其風(fēng)格基本類似于俄羅斯和烏克蘭設(shè)備。這些設(shè)備的問題在于：設(shè)備本身制造工藝比較粗糙、設(shè)備可靠性不高、同時(shí)自動(dòng)化程度較低，其晶體生長(zhǎng)技術(shù)很大程度上需要依賴技術(shù)人員的水平，否則做出來的產(chǎn)品穩(wěn)定性差別將會(huì)非常大，每個(gè)爐子之間質(zhì)量差異也大，位錯(cuò)密度變化也較大。下表給出了目前全球幾家藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐廠商技術(shù)對(duì)比：廠商名稱 長(zhǎng)晶工藝GT Solar 熱交換法： 用鉬坩堝為加熱容器，成本比較高，A 向生長(zhǎng)ARC Energy 熱交換法 ：使用鎢坩堝，成本較低，且可以多次使用；采用金屬發(fā)熱體，C 向生長(zhǎng)香港科瑞斯特泡生法：泡生法的市場(chǎng)份額最高，同時(shí)也被無數(shù)國內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證明是質(zhì)量最優(yōu)性價(jià)比最高的 LED 藍(lán)寶石生產(chǎn)工藝。泡生法的優(yōu)點(diǎn)是晶體品質(zhì)較高，成本較低。確定是用傳統(tǒng)的泡生爐，晶體質(zhì)量穩(wěn)定性取決于操作人員的技術(shù)水平，穩(wěn)定性較差，對(duì)人依賴性較高。江蘇能建集團(tuán)技術(shù)來自中科院上海光機(jī)所。設(shè)備有能量供應(yīng)與控制系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、晶體生長(zhǎng)室、真空系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)及其他附屬裝置組成，模擬高溫巖漿狀態(tài)下晶體的生長(zhǎng)過程，制備藍(lán)寶石，擁有完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。2010 年中國 LED 產(chǎn)業(yè)呈井噴發(fā)展之勢(shì)，導(dǎo)致作為 LED 產(chǎn)業(yè)上游原材料的藍(lán)寶石襯底嚴(yán)重缺貨，于是從 2010 年下半年開始，眾多資金投入藍(lán)寶石襯底的生產(chǎn)。下表給出了截至今年 8 月國內(nèi)已經(jīng)試產(chǎn)的藍(lán)寶石襯底項(xiàng)目及規(guī)劃引進(jìn)的藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐：項(xiàng)目名稱 項(xiàng)目落戶時(shí)間地點(diǎn) 試產(chǎn)時(shí)間 產(chǎn)品情況 規(guī)劃引進(jìn)的爐子吉星新材料2010.10，江蘇揚(yáng)中 2011.6.28 藍(lán)寶石晶體101.35 公斤一期引進(jìn)藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐 63 臺(tái)，總體規(guī)劃 300 臺(tái)中晶光電 2010.11，江蘇武進(jìn) 2011.6.29 開工建設(shè)，建設(shè)期一年今年 8 月中旬設(shè)備到位晶橋光電 2011.1.15， 安徽合肥2011.6.14 藍(lán)寶石晶體93.5 公斤露笑集團(tuán) 2011.1， 浙江諸暨 2011.4 完成設(shè)備安裝，5 月份投產(chǎn)第一批投資 3.7 億元 350 套生產(chǎn)設(shè)備全線下單訂購協(xié)鑫光電 2011.2，江蘇張家港 一期工程年底竣工一期項(xiàng)目擬引進(jìn)藍(lán)寶石襯底長(zhǎng)晶爐170 臺(tái)東晶電子 2011.2.24，浙江 今年 8 月小批量生產(chǎn)，年底量產(chǎn)出貨項(xiàng)目分二期建成，2012年完成一期投資，2013年底完成投資并全部投產(chǎn)藍(lán)寶石襯底長(zhǎng)晶設(shè)備首批 5 月份到貨上城科技 2011.2 ，浙江海寧 9 月產(chǎn)品面世上海巴世瑪2011.3，江西宜春 五年內(nèi)建立 200 臺(tái)泡生法晶體生長(zhǎng)爐施科特光電2011.3.14，江蘇昆山 9 月份投產(chǎn)，預(yù)計(jì)年底可產(chǎn)出 72萬片計(jì)劃 500 臺(tái)藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)爐香港青樸國際2011.3.15，江蘇連云港今年將投建 3 臺(tái)長(zhǎng)晶爐，2012 年投建27 臺(tái)，目標(biāo)為 500臺(tái)皓天光電 2011.4.28，貴州貴陽 預(yù)計(jì)今年 10 月份 與 GT Solar 簽訂投產(chǎn)，年底產(chǎn)量不低于 100 萬片2.189 億美金的采購合同康藍(lán)光電 2011.5.22，安徽蕪湖唐山銳晶 2011.5.28，河北唐山 建設(shè)期 24 個(gè)月 將引進(jìn)藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐、晶片切磨拋等先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備，主要生產(chǎn)藍(lán)寶石單晶等產(chǎn)品南京高精傳動(dòng)2011.5.31，安徽合肥 預(yù)計(jì) 2012 年底試投產(chǎn)規(guī)劃投資 400 臺(tái)LED 藍(lán)寶石襯底長(zhǎng)晶體制造設(shè)備無錫斯達(dá)新能源科技2011.6.2，江蘇沛縣 今年 7 月底開工建設(shè)，9 月進(jìn)行設(shè)備安裝調(diào)試，年底投產(chǎn)年底前一期 8 臺(tái)LED 藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐中賽光晶 2011.6.10，江蘇宜春 晶體項(xiàng)目四川德勝集團(tuán)2011.6，青海浙江昀豐 2011.7，浙江1.3.2 LED 外延片生長(zhǎng)設(shè)備 MOCVDLED 芯片制作過程中另外一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是 MOCVD 的設(shè)備與應(yīng)用，下面做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹：1、生產(chǎn)效率和成本概況國際上 MOCVD 技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，主流設(shè)備從 2003 年 6-8 片機(jī)、2004 年 12 片機(jī)、 2005 年 15 片機(jī)、2006 年的 21-24 片機(jī)，目前已經(jīng)達(dá)到42、45、49 片機(jī)(一次可裝載 49 片 2 英寸的襯底生長(zhǎng)外延) 。外延爐容量的不斷擴(kuò)大讓 LED 外延片生產(chǎn)商的單位生產(chǎn)成本快速大幅下降。目前，量產(chǎn)企業(yè)對(duì)單批產(chǎn)能的最低要求是在 30 片以上。國產(chǎn)設(shè)備目前為 6 片機(jī)，生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本差距甚遠(yuǎn)。2、價(jià)格及產(chǎn)值概況生產(chǎn)型 MOCVD 設(shè)備的售價(jià)高達(dá) 10002000 萬元（根據(jù)機(jī)型，6 片機(jī) 70 萬美元左右，9 片機(jī) 100 萬美元左右） ，加上相關(guān)配套設(shè)備設(shè)施，一條產(chǎn)線 LED 生產(chǎn)線需要投入 4000 多萬元。若新采購設(shè)備為 45 片機(jī)生產(chǎn)藍(lán)光芯片，按 3 爐/天計(jì)算，年產(chǎn) 4 .9 萬片左右，收入 4800 萬元，投入產(chǎn)出基本為 1:1。3、生產(chǎn)過程工藝復(fù)雜，參數(shù)眾多，優(yōu)良率與均勻性是關(guān)鍵外延片生長(zhǎng)過程工藝復(fù)雜，參數(shù)眾多，培養(yǎng)專業(yè)操作人員需時(shí)間較長(zhǎng)。一個(gè)最簡(jiǎn)單的 GaN 藍(lán)光 LED 單量子阱結(jié)構(gòu)，其生長(zhǎng)工藝包括：高溫烘烤、緩沖層、重結(jié)晶、n-GaN、阱層、疊層及 p-GaN 等，工藝步驟達(dá)幾十步，每一步需調(diào)整的工藝參數(shù)共有 20 多個(gè)，各參數(shù)之間存在比較微妙的關(guān)系，工藝編輯人員需根據(jù)工藝要求，對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行逐一調(diào)整，必要時(shí)還要進(jìn)行計(jì)算，如升溫速度、升壓速度、生長(zhǎng)速率控制、載氣與氣源配比等。如何根據(jù)工藝需要自動(dòng)對(duì)參數(shù)進(jìn)行檢查，減輕工藝人員的工作量，是值得研究的新興課題。每個(gè)外延芯片、生產(chǎn)批次與系統(tǒng)之間的關(guān)系，能確保良好的均勻性以及優(yōu)良率，尤其在芯片廠商擴(kuò)產(chǎn)時(shí)，還能維持相同的優(yōu)良率與均勻性就顯的特別關(guān)鍵。4、4 英寸 MOCVD 設(shè)備將成為主流現(xiàn)階段臺(tái)灣外延廠商在技術(shù)上已經(jīng)具備生產(chǎn) 4 英寸和 6 英寸的能力，但是出于成本的考慮，多數(shù)臺(tái)灣廠家還是以 2 英寸的 MOVCD 設(shè)備為生產(chǎn)主線；大部分歐美與韓國廠商則早已使用 4 英寸 MOVCD 設(shè)備。 市場(chǎng)預(yù)期一旦 4 英寸外延片材料成本大幅崩落（目前 4 英寸外延片的成本價(jià)格約為 2 寸外延片的四倍） ，2 英寸的 MOCVD 設(shè)備將逐漸被 4 英寸所取代。AIXTRON 與 SemiLEDs 在 2009 年 5 月就合作開發(fā)出 6 寸藍(lán)光 LED 芯片，在6x6 寸 AIX 2800G4 HT MOCVD 反應(yīng)爐的結(jié)構(gòu)上，產(chǎn)量增加約 30%（相較于傳統(tǒng)42x2-inch 的架構(gòu)） ，不但均勻性較好，也減少了邊緣效應(yīng)(edge effect)。不過就現(xiàn)階段而言，大多數(shù)的困難仍然在于 6 寸的基板價(jià)格偏高與外延片切割技術(shù)的挑戰(zhàn)。MOCVD 設(shè)備市場(chǎng)情況：1、設(shè)備供應(yīng)商概況目前國際上實(shí)力最為雄厚的 MOCVD 系統(tǒng)制造商有 :德國 Aixtron 公司、美國的 Vecoo 公司。因?yàn)?MOCVD 系統(tǒng)最關(guān)鍵的問題就是保證材料生長(zhǎng)的均勻性和重復(fù)性，因此不同廠家的 MOCVD 系統(tǒng)最主要的區(qū)別在于反應(yīng)室結(jié)構(gòu)。 Aixtron采用行星反應(yīng)(Planetary Reactor)，Veeco 采用 TurboDisc 反應(yīng)室。 Vecoo 市占率由 2009 年的 31竄升至 42，而 Aixtron 則由原本 62萎縮至 55，合計(jì)市占高達(dá) 97。其余設(shè)備商如應(yīng)用材料、周星（Jusung）與大陽日酸株式會(huì)社則僅占極小的出貨比例。 德國 AIXTRON 公司目前，AIXTRON 公司最先進(jìn)的獨(dú)特的行星轉(zhuǎn)盤技術(shù)應(yīng)用在大型 G4 2800HT 42*2”以及 Thomas Swan(1999 年被 AIXTRON 收購) CCS Crius 30*2” MOCVD 系統(tǒng)，使得 AIXTRON 的 MOCVD 設(shè)備被公認(rèn)為世界上技術(shù)和商業(yè)價(jià)值最完美的結(jié)合。 美國 VEECO 公司美國維易科精密儀器有限公司主打機(jī)型 45 片機(jī) K465 已經(jīng)銷售超過 100 臺(tái)，至今 K 系列 MOCVD 產(chǎn)品全球銷售超過 200 臺(tái)。80%的世界頂尖 LED 企業(yè)已經(jīng)采用 K465 型號(hào)的 MOCVD，截止到目前，VEECO 于中國地區(qū)大有斬獲，累計(jì)MOCVD 出貨已達(dá) 85 臺(tái)。VEECO 的 MOCVD 主要有以下優(yōu)勢(shì)： 首先，它是量產(chǎn)型機(jī)器，能有效提高量產(chǎn)的時(shí)間，減少清洗和維護(hù)的時(shí)間和次數(shù)。因?yàn)殚_倉清洗過程需要從高達(dá) 1000 攝氏度的溫度冷卻后清洗，然后再將溫度升高至 1000 攝氏度，需要浪費(fèi)不少的時(shí)間。 第二，自動(dòng)化程度高，減少人為操作。例如可自動(dòng)化導(dǎo)入，機(jī)械手在生產(chǎn)完成后可自動(dòng)更換藍(lán)寶石等，屬于量產(chǎn)型的設(shè)計(jì)。 第三，保護(hù)設(shè)備投資，防止落伍。避免將來由于新的設(shè)備出現(xiàn)，造成舊設(shè)備的落伍。通過計(jì)劃與客戶充分溝通，新的設(shè)備與舊的設(shè)備聯(lián)系在一起，提升產(chǎn)品的良率。今年以來由于 MOCVD 機(jī)臺(tái)供不應(yīng)求的狀況，使得 VEECO 在這段期間取得了相對(duì)有利的市場(chǎng)地位，尤其在中國市場(chǎng)大有斬獲。中國地區(qū)的成長(zhǎng)相較去年成長(zhǎng)將近 80%。根據(jù)了解，由于 VEECO 開始透過委外代工來增加產(chǎn)能，目前產(chǎn)能規(guī)模直追產(chǎn)業(yè)龍頭 AIXTRON，因此明年 MOCVD 機(jī)臺(tái)供給不足的瓶頸將可望獲得解決。 其他廠家主要包括日本酸素(NIPPON Sanso)和日新電機(jī)(Nissin Electric)等，其市場(chǎng)基本限于日本國內(nèi)。此外，日亞公司和豐田合成的設(shè)備主要是自己研發(fā)，其 GaN-MOCVD 設(shè)備不在市場(chǎng)上銷售，僅供自用。從設(shè)備性能上來講，日亞公司設(shè)備生產(chǎn)的材料質(zhì)量和器件性能上，要優(yōu)于AIXTRON 和 EMCORE(已經(jīng)被 VEECO 收購)的設(shè)備。按生產(chǎn)能力計(jì)算，2006 年 GaN 型 MOCVD 設(shè)備在全球市場(chǎng)的主要分布為：中國臺(tái)灣地區(qū) 48%，美國 15%，日本