Prinsip Téknis sareng Prosés Wafer Epitaxial LED

Tina prinsip kerja LED, katingali yén bahan wafer epitaksial mangrupikeun komponén inti LED. Kanyataanna, parameter optoelektronik konci sapertos panjang gelombang, kacaangan, sareng tegangan maju seueur ditangtukeun ku bahan epitaksial. Téhnologi sareng peralatan wafer epitaksial penting pisan pikeun prosés manufaktur, kalayan Déposisi Uap Kimia Logam-Organik (MOCVD) janten metode utama pikeun ngembangkeun lapisan kristal tunggal ipis tina sanyawa III-V, II-VI, sareng paduanna. Di handap ieu aya sababaraha tren ka hareup dina téknologi wafer epitaksial LED.

1. Peningkatan Prosés Tumuwuh Dua Léngkah

Ayeuna, produksi komérsial ngagunakeun prosés kamekaran dua léngkah, tapi jumlah substrat anu tiasa dimuat sakaligus diwatesanan. Sanaos sistem 6-wafer parantos dewasa, mesin anu nanganan sakitar 20 wafer masih dina tahap pamekaran. Ningkatkeun jumlah wafer sering nyababkeun teu cekapna keseragaman dina lapisan epitaksial. Pangembangan ka hareup bakal fokus kana dua arah:

• Ngembangkeun téknologi anu ngamungkinkeun ngamuat langkung seueur substrat dina hiji rohangan réaksi, ngajantenkeun langkung cocog pikeun produksi skala ageung sareng ngirangan biaya.
• Ngamajukeun peralatan wafer tunggal anu otomatis pisan sareng tiasa diulang.

2. Téhnologi Epitaksi Fase Uap Hidrida (HVPE)

Téhnologi ieu ngamungkinkeun kamekaran gancang pilem kandel kalayan kapadetan dislokasi anu handap, anu tiasa janten substrat pikeun kamekaran homoepitaxial nganggo metode sanés. Salaku tambahan, pilem GaN anu dipisahkeun tina substrat tiasa janten alternatif pikeun chip kristal tunggal GaN massal. Nanging, HVPE ngagaduhan kakurangan, sapertos kasusah dina kontrol ketebalan anu tepat sareng gas réaksi korosif anu ngahalangan paningkatan salajengna dina kamurnian bahan GaN.

HVPE-GaN anu didoping Si

(a) Struktur réaktor HVPE-GaN anu didoping Si; (b) Gambar HVPE-GaN anu didoping Si kandelna 800 μm;

(c) Distribusi konsentrasi pamawa bébas sapanjang diaméter HVPE-GaN anu didoping Si

3. Téhnologi Pertumbuhan Epitaksial Selektif atanapi Pertumbuhan Epitaksial Lateral

Téhnik ieu tiasa ngirangan kapadetan dislokasi sareng ningkatkeun kualitas kristal lapisan epitaksial GaN. Prosésna ngalibatkeun:

• Nyelapkeun lapisan GaN dina substrat anu cocog (inten atanapi SiC).
• Nyelapkeun lapisan topéng SiO₂ polikristalin di luhurna.
• Ngagunakeun fotolitografi sareng etsa pikeun nyieun jandéla GaN sareng strip topéng SiO₂.Salila kamekaran salajengna, GaN mimitina tumuwuh sacara vertikal dina jandela teras ka gigir di luhur lambaran SiO₂.

Wafer GaN-on-Sapphire XKH

4. Téhnologi Pendeo-Epitaksi

Métode ieu sacara signifikan ngirangan cacad kisi anu disababkeun ku kisi sareng ketidakcocokan termal antara substrat sareng lapisan epitaksial, langkung ningkatkeun kualitas kristal GaN. Léngkah-léngkahna kalebet:

• Ngembangkeun lapisan epitaksial GaN dina substrat anu cocog (6H-SiC atanapi Si) nganggo prosés dua léngkah.
• Ngalakukeun etsa selektif tina lapisan epitaksial ka handap nepi ka substrat, nyiptakeun struktur pilar silih ganti (GaN/buffer/substrat) sareng struktur solokan.
• Lapisan GaN tambahan anu tumuwuh, anu manjang ka gigir tina témbok sisi pilar GaN aslina, ngagantung di luhur solokan.Kusabab teu aya masker anu dianggo, ieu nyingkahan kontak antara GaN sareng bahan masker.

Wafer GaN-on-Silikon XKH

5. Pangwangunan Bahan Epitaksial UV LED Gelombang Pendek

Ieu ngawangun pondasi anu kuat pikeun LED bodas basis fosfor anu diéksitasi UV. Seueur fosfor efisiensi tinggi anu tiasa diéksitasi ku sinar UV, nawiskeun efisiensi cahaya anu langkung luhur tibatan sistem YAG:Ce ayeuna, sahingga ningkatkeun kinerja LED bodas.

6. Téhnologi Chip Sumur Multi-Kuantum (MQW)

Dina struktur MQW, rupa-rupa pangotor didoping nalika tumuwuhna lapisan anu ngaluarkeun cahaya pikeun nyiptakeun rupa-rupa sumur kuantum. Rekombinasi foton anu dipancarkeun tina sumur ieu ngahasilkeun cahaya bodas sacara langsung. Métode ieu ningkatkeun efisiensi cahaya, ngirangan biaya, sareng ngagampangkeun kontrol kemasan sareng sirkuit, sanaos nampilkeun tantangan téknis anu langkung ageung.

7. Pangwangunan Téknologi "Daur Ulang Foton"

Dina Januari 1999, Sumitomo ti Jepang ngembangkeun LED bodas nganggo bahan ZnSe. Téhnologi ieu ngalibatkeun tumuwuhna pilem ipis CdZnSe dina substrat kristal tunggal ZnSe. Nalika dialiri listrik, pilem éta ngaluarkeun cahaya biru, anu berinteraksi sareng substrat ZnSe pikeun ngahasilkeun cahaya konéng komplementer, anu ngahasilkeun cahaya bodas. Sarupa kitu, Pusat Panalungtikan Photonics Universitas Boston numpuk sanyawa semikonduktor AlInGaP dina GaN-LED biru pikeun ngahasilkeun cahaya bodas.

8. Aliran Prosés Wafer Epitaxial LED

① Fabrikasi Wafer Epitaksial:
Substrat → Desain struktural → Tumuwuhna lapisan panyangga → Tumuwuhna lapisan GaN tipe-N → Tumuwuhna lapisan anu ngaluarkeun cahaya MQW → Tumuwuhna lapisan GaN tipe-P → Annealing → Tés (fotoluminesensi, sinar-X) → Wafer epitaksial

② Pabrikasi Chip:
Wafer epitaksial → Desain sareng fabrikasi topéng → Fotolitografi → Étsa ion → Éléktroda tipe-N (déposisi, anil, étsa) → Éléktroda tipe-P (déposisi, anil, étsa) → Dadu → Inspeksi sareng gradasi chip.

Wafer GaN-on-SiC ZMSH