LED生產流程
LED生產流程主要分成外延片、晶片、封裝及成品等4個主要階段。但是首先必須介紹，在成長外延片時所必需的主要原料藍寶石襯底。
藍寶石襯底
通常氮化鎵基材的外延片主要是生長在藍寶石襯底上，藍寶石襯底有很多優點:生產技術成熟、晶體品質較好;同時藍寶石熱穩定性很好，能運用在高溫生長過程中;藍寶石化學穩定性好，機械強度高，易於處理和清洗，藍寶石的這些優點在氮化鎵基外延片的生長過程中很重要。
外延片
LED外延片成長的先後順序，是在藍寶石襯底上先成長緩衝層，接著是N型半導體，多重量子井結構，然後是P型半導體。外延片成長所使用的機台是有機金屬氣相磊晶(MOCVD)。MO指的是半導體薄膜成長過程中所採用的反應源(precusor)為金屬有機物(Metal-organic)，CVD所指的是外延片的生長是化學氣相沉積的方式。其優點是磊晶成長的速度快，量產能力佳，應用領域廣，是一種技術含量非常高的先進生長方法。它是在一定的溫度（500－1100℃）和真空度下通超載流氣體將有機金屬反應源和氫化物送進反應爐，然後外延生長半導體材料。目前，國際上通用的LED外延生長方法都是採用此類方法。
晶片
LED晶片制程可以區分成晶片前段及晶片後段。簡單來說，這一個步驟主要就是把LED的發光區和電極定義出來，然後再把藍寶石襯底減薄及切割成晶片，接著再做晶片的光電性測試及分類，以便應用在各類不同的用途上。
晶片前段
主要的過程是把用於對電流擴散分佈有幫助的透明導電膜蒸鍍上去,再來就是上光刻膠來定義發光區，幹蝕刻後去光刻膠，然後再上光刻膠來定義電極，利用浮離(Lift-off)方式把多餘的金屬去掉，然後去光刻膠，進行化鍍以把電極增厚，之後再沉積一層保護層二氧化矽，再把發光區和電極打開以利後續制程。接著介紹主要的站別。
黃光(Lithography)
黃光站的功能為，將光刻膠均勻鋪於晶圓上，後將光線透過光刻板而曝光於晶圓上，產生一顆顆晶粒圖形。之後利用特殊顯影液進行顯影。光刻膠主要分為正光阻及負光阻。顯影之後，曝光的部分被顯影劑溶解的是正光阻。顯影之後，未曝光的部分被顯影劑溶解稱為負光阻
化學機台
此部分包括濕蝕刻(wet etching)，晶片清潔 (wafer cleaning)，去光阻有機槽(organic)，旋幹機及浮離(lift-off)等站別. 圖3顯示化學機台的照片
圖3. 化學機台的照片
電子蒸鍍機(E-GUN)
我們利用E-GUN將N/P電極所使用的金屬蒸鍍到晶片上,是利用電子束（Electron Beam）來執行蒸鍍源加熱，加熱的範圍可局限在蒸鍍源表面。在蒸鍍過程中，改變電場和磁場大小，便能控制電子束掃描的區域及面積的大小。目前LED 常用的蒸鍍源有氧化銦錫(ITO)及鉻，金，鉑等金屬。
圖4. E-Gun 作用原理簡介。資料來源: LED原理與應用
感應耦合型電漿蝕刻機（ICP）:
它的原理是利用電磁感應產生之電場，解離電漿電子，使其產生離子，進而達到轟擊晶圓表面之目的。過程是通入反應氣體(BCL3、CL2)，利用射頻產生電漿，反應氣體與電漿產生離子反應，進而移除晶圓表面，如圖5所示。過程中需通入氦氣以降低晶圓表面溫度
圖5. ICP作用原理。資料來源: LED原理與應用
電漿輔助化學氣相沉積機(PECVD)
利用外加射頻（RF 13.56MHz）使反應室內產生電漿，然後將反應氣體（SiH4）經過電漿離子反應後於基材表面產生化學反應。作用原理如圖6所示。主要目的是形成一層保護層，以保護底下的金屬層及晶圓。
圖6. PECVD 作用原理圖。資料來源:LED原理與應用
晶片後段
主要分成研磨，切割，點測，分類，第一步要先做電性和光性的抽測，再把晶片上蠟固定在圓盤上。接著利用研磨機(grinding)將藍寶石襯底磨到120微米左右，之後使用拋光機(polishing)繼續減薄到100微米左右。接著去蠟，然後我們用鐳射切割機(laser cutting) 將藍寶石襯底的背面，割成出要出貨大小尺寸的圖形，接著再送到劈片機(breaker)，真正切割出一個個晶片。接著換膜及擴張，之後我們使用點測機(prober)將切割完成的chip放在測試機臺上，測試每一顆chip的光電性(波長、亮度、電壓等)，圖7顯示二極體一般的電性結果及主要參數。接著利用分選機(sorter)將相同等級的晶片分類在一起。在最後出貨前，還要用目檢去挑除外觀不良的晶片，並計算每張藍膜的晶片數量，並製作適當的標籤，才能入庫。
圖7.二極體一般的電性結果。右下角為二極體的符號。主要圖裡，橫軸為電壓，縱軸為電流。包括順向區(forward),逆向區(reverse)及崩潰區(breakdown)。主要的電性參數有順向電壓，逆向電壓，逆向漏電流，ESD高壓放電測試等。資料來源: LED原理與應用
封裝、成品
封裝對LED 的最終性能起著至關重要的作用。LED 封裝就是將晶片與電極引線、管座和透鏡等元件通過一定的工藝技術結合在一起，使之成為可直接使用的發光器件的過程。圖8 為常見的燈型(lamp type)LED封裝。LED 封裝的一般工藝流程如圖9。
圖8 常見的燈型(lamp type) LED封裝。資料來源: 量子光電子
圖9 LED 封裝一般工藝流程（以白光LED為例）。資料來源: 量子光電子
如何發出白光呢？
商業上生產的LED，只能發出藍綠黃橙紅等有顏色的光源，還無法直接製造出發白光的LED燈。如果要發出白光，需要用顏色互補的方式來產生白光。目前用在白光照明的LED晶片，主要是利用晶片的藍光，去激發黃色的螢光粉，經過混色後產生白光，這樣不論亮度還是發光的效率都是最高。以綠光照射紅色螢光粉或是紅光照射綠色螢光粉而發出白光也可以,但實際做出來的亮度遠小於上述方法。有廠商使用紅藍綠三種LED混色發出白光，但成本相對提高需多,市場接受度不高。另外，使用紫外光的LED(有點像是驗鈔燈)來激發白色螢光粉得到白光,其原理與日光燈以高壓電極使汞蒸氣發出紫外光照射燈管壁的螢光粉再激發產生白光原理相同。但目前技術上還不成熟。
結語
這篇文章簡短地描述了LED的市場，應用，工藝流程及發光原理，希望對讀者在日後的工作中有所幫助。
