LED產業上中下游介紹

今天要和大家介紹的是LED產業上中下游。LED，也就是所謂的發光二極體。如果你有看過之前這篇半導體產業概論-半導體種類，就會瞭解了LED是屬於光電半導體的一種，也大致瞭解了光電半導體的發光原理。不多說，馬上先來看LED產業上中下游關聯圖~

圖片來源：自製

光電半導體的發光原理，簡單講就是在半導體基板上，長出一些發光層(這個步驟稱為磊晶)。在外加電流時，這些發光層裡的化學原素就會相互碰撞後，即可發射出可見光囉！

那，為什麼會有不同顏色的光呢？只要用不同的基板和不同的發光層材料做搭配，就會產生不同顏色的光喔！(若對什麼樣的發光層可以產生哪些顏色的光有興趣的，可以參考wiki的這篇文章：發光二極體)

基本上，這個產業的演進，就是不斷嘗試新的基板和新的發光層，好讓LED的亮度更高、發光效率更好、製造成本更低！如此逐漸取代LCD中的CCFL燈管，或是慢慢取代一般的照明設備喔！

先來談基板吧！基板種類有很多種，有GaP, GaAs, SiC...等，不過最夯的，當然就是大家耳熟能詳的藍寶石基板了！現在有8成以上的LED都是使用藍寶石基板。沒圖沒真相，大家先來看一下藍寶石基板長什麼樣子吧！

圖片來源：晶泰發

什麼！藍寶石基板為什麼不是藍色的，而是透明的呢？科科，我也不知道~~藍寶石的原料是氧化鋁。

氧化鋁
圖片來源：興美材料

這些氧化鋁，只要經過長晶，就可以變成藍寶石晶棒。然後，再經過切晶，就可以變成一片片的藍寶石晶圓了！

圖片來源：高工在線

有沒有很耳熟的感覺？沒錯，你如果有在fellow我們部落格的話就會發現，前一篇矽晶圓產業就是在介紹長晶和切晶。差別在，一般半導體的原料是矽，經過長晶和切晶後成為矽晶圓，送往IC製造廠，如台積電、聯電；而LED產業的原料是氧化鋁，經過長晶和切晶後成為藍寶石晶圓(基板)，送往LED磊晶廠(如晶電、璨圓)。

聰明的你一定會問，長晶和切晶的技術在這兩個產業中的應用應該差不多吧？那有沒有廠商是半導體產業和LED產業的長晶和切晶都做的廠商呢？有！中美晶和合晶就是囉！至於越峰則是專做藍寶石晶圓的廠商。

藍寶石晶圓送到磊晶廠後，要做的當然就是磊晶囉！所謂的磊晶，就是用化學方法，把一層一層的化合物(ex:GaN, InGaN)長到藍寶石基板上囉！這裡所謂的化學方法，就是大家常聽到的MOCVD，來看個示意圖吧：

MOCVD機台
圖片來源：維庫百科

簡單講，就是把那些欲合成的金屬與非金屬元素(Ga, N, In...)等，放入機器內，啟動機器後，這些元素就會跑到Reaction Chamber(反應腔)形成化合物，並被打到基板上！大概像這樣：

mocvd流程
圖片來源：維庫百科

如此這般，當基板長上一層一層化合物後，就變成這樣

來源：LED晶粒製作流程

之後，就是要進入招牌的半導體製程！相信大家都不陌生吧？沒錯！就是我們在半導體產業上中下游介紹一文中提過的「(3)IC製造步驟」，薄膜→光阻→顯影→蝕刻→光阻去除，然後重複數次，就大功告成囉！完成品大概是這樣：

來源：LED晶粒製作流程

至於各層的功能，直接節錄LED晶粒製作流程這篇文章裡的一段給大家參考：
• ITO：使p-electrode電流均勻散佈於整個LED，其透明的特性亦可使LED的光線更容易透射出來
• n+-InGaN/GaN SPS：提供ITO與p-GaN之間形成良好的毆姆接觸
• p-GaN：提供電洞給LED
• InGaN/GaN MQW：讓電子及電洞更容易侷限在一起進而增加發光強度
• n-GaN：提供電子給LED
• LT-GaN：降低Sapphire與n-GaN之間因晶格差異所產生的應力

上面所謂的完成品，其實就是一顆一顆的LED的雛形囉！不過這一顆一顆的LED雛形目前還是長在同一片基板上，所以現在要做的當然就是切晶囉！切晶的流程其實也是和半導體產業上中下游介紹裡介紹的類似，在此就不多說了，畢竟篇幅已經夠長了~~

切晶完後即可得到LED晶粒，再來要做的就是封裝和測試囉！一般來說，LED封裝可以分成三種，分別是Lamp型, SMD型, DISPLAY型等三種，分別來看：

(1)Lamp