Tegniese Beginsels en Prosesse van LED Epitaksiale Wafers

Uit die werkbeginsel van LED's is dit duidelik dat die epitaksiale wafermateriaal die kernkomponent van 'n LED is. Trouens, belangrike opto-elektroniese parameters soos golflengte, helderheid en voorwaartse spanning word grootliks bepaal deur die epitaksiale materiaal. Epitaksiale wafertegnologie en -toerusting is krities vir die vervaardigingsproses, met Metaal-Organiese Chemiese Dampneerslag (MOCVD) as die primêre metode vir die groei van dun enkelkristallae van III-V, II-VI verbindings en hul legerings. Hieronder is 'n paar toekomstige tendense in LED epitaksiale wafertegnologie.

1. Verbetering van die tweestap-groeiproses

Tans gebruik kommersiële produksie 'n tweestap-groeiproses, maar die aantal substrate wat gelyktydig gelaai kan word, is beperk. Terwyl 6-waferstelsels volwasse is, is masjiene wat ongeveer 20 wafers hanteer steeds in ontwikkeling. Die verhoging van die aantal wafers lei dikwels tot onvoldoende eenvormigheid in epitaksiale lae. Toekomstige ontwikkelings sal op twee rigtings fokus:

• Die ontwikkeling van tegnologieë wat dit moontlik maak om meer substrate in 'n enkele reaksiekamer te laai, wat hulle meer geskik maak vir grootskaalse produksie en kostevermindering.
• Bevordering van hoogs outomatiese, herhaalbare enkel-wafer toerusting.

2. Hidrieddampfase-epitaksie (HVPE) Tegnologie

Hierdie tegnologie maak vinnige groei van dik films met lae ontwrigtingsdigtheid moontlik, wat as substrate vir homoepitaksiale groei kan dien deur ander metodes te gebruik. Daarbenewens kan GaN-films wat van die substraat geskei word, alternatiewe word vir grootmaat GaN-enkelkristalskyfies. HVPE het egter nadele, soos probleme met presiese diktebeheer en korrosiewe reaksiegasse wat verdere verbetering in GaN-materiaalsuiwerheid belemmer.

Si-gedoteerde HVPE-GaN

(a) Struktuur van Si-gedoteerde HVPE-GaN-reaktor; (b) Beeld van 800 μm-dik Si-gedoteerde HVPE-GaN;

(c) Verspreiding van vrye draerkonsentrasie langs die deursnee van Si-gedoteerde HVPE-GaN

3. Selektiewe Epitaksiale Groei of Laterale Epitaksiale Groei Tegnologie

Hierdie tegniek kan ontwrigtingsdigtheid verder verminder en die kristalkwaliteit van GaN-epitaksiale lae verbeter. Die proses behels:

• Die afsetting van 'n GaN-laag op 'n geskikte substraat (saffier of SiC).
• Die afsetting van 'n polikristallyne SiO₂-maskerlaag bo-op.
• Deur fotolitografie en ets te gebruik om GaN-vensters en SiO₂-maskerstroke te skep.Tydens daaropvolgende groei groei GaN eers vertikaal in die vensters en dan lateraal oor die SiO₂-stroke.

XKH se GaN-op-Saffier-wafer

4. Pendeo-Epitaksie Tegnologie

Hierdie metode verminder roosterdefekte wat veroorsaak word deur rooster- en termiese wanverhouding tussen die substraat en epitaksiale laag aansienlik, wat die kwaliteit van GaN-kristal verder verbeter. Die stappe sluit in:

• Die kweek van 'n GaN epitaksiale laag op 'n geskikte substraat (6H-SiC of Si) met behulp van 'n tweestapproses.
• Selektiewe etsing van die epitaksiale laag tot by die substraat word uitgevoer, wat afwisselende pilaar- (GaN/buffer/substraat) en slootstrukture skep.
• Groeiende addisionele GaN-lae, wat lateraal vanaf die sywande van die oorspronklike GaN-pilare strek, wat oor die loopgrawe hang.Aangesien geen masker gebruik word nie, vermy dit kontak tussen GaN en maskermateriaal.

XKH se GaN-op-Silikon-wafer

5. Ontwikkeling van kortgolflengte UV LED epitaksiale materiale

Dit lê 'n stewige fondament vir UV-opgewekte fosfor-gebaseerde wit LED's. Baie hoë-doeltreffendheid fosfore kan deur UV-lig opgewek word, wat hoër ligdoeltreffendheid bied as die huidige YAG:Ce-stelsel, wat sodoende wit LED-prestasie verbeter.

6. Multi-Kwantumput (MQW) Skyfie Tegnologie

In MQW-strukture word verskillende onsuiwerhede gedoteer tydens die groei van die lig-emitterende laag om verskillende kwantumputte te skep. Die rekombinasie van fotone wat uit hierdie putte uitgestraal word, produseer direk wit lig. Hierdie metode verbeter ligdoeltreffendheid, verminder koste en vereenvoudig verpakking en stroombaanbeheer, hoewel dit groter tegniese uitdagings bied.

7. Ontwikkeling van “Fotonherwinning”-tegnologie

In Januarie 1999 het Japan se Sumitomo 'n wit LED ontwikkel met behulp van ZnSe-materiaal. Die tegnologie behels die groei van 'n CdZnSe-dunfilm op 'n ZnSe-enkelkristalsubstraat. Wanneer dit geëlektrifiseer word, straal die film blou lig uit, wat met die ZnSe-substraat in wisselwerking tree om komplementêre geel lig te produseer, wat wit lig tot gevolg het. Net so het die Universiteit van Boston se Fotonika-navorsingsentrum 'n AlInGaP-halfgeleierverbinding op 'n blou GaN-LED gestapel om wit lig te genereer.

8. LED Epitaksiale Wafer Prosesvloei

① Epitaksiale Wafer Vervaardiging:
Substraat → Strukturele ontwerp → Bufferlaaggroei → N-tipe GaN-laaggroei → MQW-liguitstralende laaggroei → P-tipe GaN-laaggroei → Uitgloeiing → Toetsing (fotoluminesensie, X-straal) → Epitaksiale wafer

② Skyfievervaardiging:
Epitaksiale wafer → Maskerontwerp en -vervaardiging → Fotolitografie → Ioonetsing → N-tipe elektrode (afsetting, uitgloeiing, ets) → P-tipe elektrode (afsetting, uitgloeiing, ets) → Blokjesvorming → Spaaninspeksie en gradering.

ZMSH se GaN-op-SiC-wafer