特种气体在 LED 生产工艺中的关键作用

特种气体是光电子、微电子等行业的重要材料基础,广泛应用于集成电路、显示器件、太阳能薄膜、半导体材料及发光器件的制造过程中。这类气体的纯度与洁净度,直接影响器件的性能、成品率与工艺稳定性,是支撑电子制造产业的重要技术材料之一。
随着半导体照明行业的不断发展,特种气体的需求量持续提升,尤其是在化合物半导体外延生长环节,对高纯源气和工艺气体依赖度更高。当前,LED、化合物半导体等行业快速增长,使得对高纯氨气、硅烷、磷烷、砷烷等关键气体的需求显著扩大。由于这类气体品种多、纯度要求高、生产与储运技术门槛较高,国际供应商占据主要份额,而国内供应正在逐步提升。
LED 行业常用特种气体分类
LED 制程用气种类繁多,要求高纯度、低杂质、低颗粒度,主要包括:
(1)硅族气体(Si 系)
用于外延生长及薄膜沉积,例如:
硅烷(SiH₄)
二氯二氢硅(SiH₂Cl₂)
乙硅烷(Si₂H₆)
(2)掺杂气体(B/P/As 系)
用于调整半导体材料的导电性能,例如:
磷烷(PH₃)
砷烷(AsH₃)
三氯化硼(BCl₃)
三氟化硼(BF₃)
(3)蚀刻/清洗气体
用于刻蚀衬底、清洗腔体,例如:
三氟化氮(NF₃)
氯气(Cl₂)
溴化氢(HBr)
四氟化碳(CF₄)
(4)反应及载气
用于外延反应或作为稀释/载运气体,例如:
氨气(NH₃)
氮气(N₂)
氢气(H₂)
氧化亚氮(N₂O)
二氧化碳(CO₂)
(5)金属有机源(MOCVD 用)
用于 GaN 等化合物外延生长,例如:
三甲基镓(TMGa)
三甲基铝(TMAl)
三甲基铟(TMIn)
二乙基锌(DEZn)
LED 外延(MOCVD)对特种气体的关键需求
MOCVD 是当前 LED 外延片制造的主流技术,对气体纯度、稳定性和洁净度要求极高:
外延关键气体:高纯氨气、高纯砷烷、高纯磷烷、硅烷等
必需载气:氩气、氢气、氮气
清洗刻蚀:氯气、氯化氢
金属有机源:TMGa、TMIn、TMAl 等
混合气体如 SiH₄/N₂、SiH₄/H₂ 等,用量虽小,但杂质要求极严苛,露点需低至 -95°C 以下,以确保外延片生长质量。
LED 特种气体的市场趋势
随着化合物半导体和 LED 技术的成熟,对超纯特种气体的要求不断提高,主要趋势包括:
更高纯度等级的气体(如氨气从 5N 发展到 7N)
更严格的杂质控制(ppb/ppt 级)
更先进的气体净化、检测与过滤技术
更大规格的气瓶与集中供气系统
混合气体的更高稳定性与一致性供应
此外,LED 产业规模扩张带动了对晶圆、气体、有机金属源等原材料的快速增长。
全球与国内供应情况
国际几家大型气体公司长期在电子气市场占有较高份额。国内特种气体企业正在逐步研发并投入相关产品,部分关键气体已能够满足 LED 外延工厂的使用需求,但部分品类仍需进一步技术突破以实现更大规模供应。
LED 领域特种气体需求量
随着 LED 应用拓展和化合物半导体设备数量增长,国内市场对高纯氨、高纯硅烷、高纯砷烷等关键气体的需求持续扩大。国际市场中,美国、日本、韩国、中国台湾等地区仍是高纯气体需求较为集中的区域。