LED（Light-EmittingDiode，縮寫LED）是發光二極管的簡稱，2009年下半年開始，LED市場出現大飛躍，作為高成長性的新興產業，預計到2015年，LED產業規模將突破5000億元，其中普通照明行業1600億元，大尺寸液晶電視背光行業1200億元，汽車照明行業200億元、普通照明行業1600億元，景觀、顯示等行業1000億元。

LED產業鏈條大致可以分為三個部分，分別是上游基片生長、外延片制造，中游的芯片封裝和下游的應用產品。在整個產業鏈中，最核心的部分在基片生長和外延片制造環節，二者技術含量比較高，占全行業近70%的產值和利潤。

LED產業發展趨勢當前，受國際、國內市場的影響，在“國家半導體照明工程”的推動下，我國的LED產業初步形成了包括LED上游的襯底材料、LED外延片的生產、LED芯片的制備、LED芯片的封裝以及LED產品應用在內的較為完整的產業鏈。

眾所周知半導體發光二極管具有高轉換效率、壽命長等優點，被認為是下一代光源并將會取代目前使用的傳統光源。然而就目前發光二極管的性能來看，要達到這一目的還有很多技術難點有待克服，需要在材料分析表征、器件分析技術等方面加大研究力度。在發光二極管器件的封裝結構以及芯片的結構、組分和界面狀況的分析技術中光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡、X射線能譜、二次離子質譜儀等設備成為器件的失效及結構分析，外延工藝的監控、改進和提高必不可少的分析工具。

下文將簡單介紹蔡司的光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡在LED生產中過程中的部分應用。

一、蔡司光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡在LED上游襯底材料中（藍寶石材料）的具體應用：

1、藍寶石襯底材料介紹

由于藍寶石的絕緣性好，介電損耗小，耐高溫，耐腐蝕。導熱性好，在機械強度足夠高。且能加工成平整的表面。透光波段寬。因此廣泛用于工業，國防，科研多個領域。同時也是一種用途廣泛的發光二極管的上好的襯底材料。在生成的發光二極管是最有前途成為高亮度發光二極管族類中藍寶石襯底基片所下一代日光燈光源的半導體發光器襯底材料。目前這些高亮度的發光二極管已經被廣泛地應用在廣告、交通燈、儀表燈；及手術燈等領域。隨著高亮度發光二極管應用的日益廣泛。

LED藍寶石(Sapphire)是一種氧化鋁的單晶，又稱剛玉。藍寶石晶體具有優異的光學性能、機械性能和化學穩定性，強度高、硬度大、耐沖刷，可在接近2000℃高溫的惡劣條件下工作。根據研究表明，目前能應用于LED的襯底材料只有四種。藍寶石作為一種重要的技術晶體，目前已在LED行業形成了較為風尚和成熟的應用。

2、應用

采用蔡司的偏光顯微鏡可以鑒定藍寶石晶體的異常雙折射現象。在特定情況下，借助錐光鏡，可以觀察晶體的干涉圖，確定晶體的軸性，用于觀察各個晶圓的方向是否統一，以此來判斷基片的好壞。

二、蔡司顯微鏡，掃描電鏡在LED外延片的生產、LED芯片的制備流程中的應用

1、LED外延片介紹

LED外延片生長的基本原理是：在一塊加熱至適當溫度的襯底基片(主要有藍寶石和、SiC、Si)上，氣態物質InGaAlP有控制的輸送到襯底表面，生長出特定單晶薄膜。目前LED外延片生長技術主要采用有機金屬化學氣相沉積方法（MOCVD）

2、LED芯片介紹

LED芯片也稱為LED發光芯片，是led燈的核心組件，也就是指的P-N結。其主要功能是：把電能轉化為光能，芯片的主要材料為單晶硅。半導體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是N型半導體，在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候，它們之間就形成一個P-N結。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區，在P區里電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發出能量，這就是LED發光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結的材料決定的。

3、應用：

a)利用掃描電鏡檢測外延片生長后晶面的位錯腐蝕形貌信息；

晶面的位錯腐蝕形貌提供的意義：各個樣品的位錯腐蝕呈現不同的形狀和晶體所屬點群和晶體的結構所決定，化學腐蝕劑的作用就是破壞晶體內部分子和原子間相互作用鍵，鍵力較小的首先被破壞，從而形成某種特定形狀的腐蝕斑，因此良好的成像，已經腐蝕斑細節的完美呈現，能完全體現出晶體生長的質量形態。

提高外延晶格質量和降低材料缺陷，是生產出高性能及高可靠性LED器件的前提，否則通過其他途徑是難以彌補的。明確了LED外延材料晶體質量對器件可靠性的影響，通過對外延材料的質量控制，以期減少材料缺陷密度，提高外延層晶體質量和有效提高LED器件的可靠性。

b)封裝前的芯片檢驗：用光學顯微鏡檢查材料表面，確定是否有機械損傷及麻點、芯片尺寸及電極大小是否符合工藝要求，電極圖案是否完整。

c)LED芯片氧化厚度：檢測技術包括顏色比較、邊緣記數、干涉、橢偏儀、刻紋針振幅儀和掃描電子顯微鏡；

d)芯片晶圓結深的測量：掃描電鏡對LED芯片晶圓PN結結深的厚度檢測

e)掃描電鏡在LED芯片刻蝕過程中表面粗化工藝研究的應用：表面粗化技術解決因為半導體材料折射率（平均3.5）大于空氣折射率而使入射角大于臨界角的光線發生全反射無法出射所造成的損失。光在粗化表面的出射有很大的隨機性，需要大量實驗來研究粗糙度與粗化尺度對出光率的影響。光從高折射率的LED窗口層材料GaP入射到低折射率的空氣中，會產生全反射現象，而損失大量的出射光。用表面粗化法可以抑制全反射提高光提取效率。掃描電鏡能夠直接觀察表面粗化后樣品表面的結構，對比粗化處理前后表面的粗糙度。掃描電鏡景深大，圖象富有立體感，可觀察經過粗化處理的表面三維島狀結構。

三、蔡司光學顯微鏡及掃描電鏡在LED成品器件失效分析中的應用。

采用掃描電鏡和X射線能譜分析儀可以對由于熱過載引起的大功率發光二極管分層和發黑失效進行分析。分析結果表明，由于發光二級管的輸入電流增大，芯片結溫升高產生熱過載引起芯片與環氧樹脂透鏡之間出現熱應力失配，加之環氧樹脂材料容易受潮膨脹而產生應力，最終導致發光二極管在芯片表面與環氧樹脂的界面產生分層。與芯片表面接觸的環氧樹脂材料在高溫的作用下產生老化，降解后的環氧樹脂內部結構發生明顯改變，形成C的單質及其氧化物沉積在芯片表面，這是芯片表面發黑的主要原因。