Prinċipji Tekniċi u Proċessi ta' Wejfers Epitassjali LED

Mill-prinċipju tax-xogħol tal-LEDs, huwa evidenti li l-materjal tal-wejfer epitassjali huwa l-komponent ewlieni ta' LED. Fil-fatt, parametri optoelettroniċi ewlenin bħat-tul tal-mewġa, il-luminożità, u l-vultaġġ 'il quddiem huma fil-biċċa l-kbira determinati mill-materjal epitassjali. It-teknoloġija u t-tagħmir tal-wejfer epitassjali huma kritiċi għall-proċess tal-manifattura, bid-Depożizzjoni Kimika tal-Fwar Metallo-Organiku (MOCVD) hija l-metodu primarju għat-tkabbir ta' saffi rqaq ta' kristall wieħed ta' komposti III-V, II-VI, u l-ligi tagħhom. Hawn taħt hawn xi xejriet futuri fit-teknoloġija tal-wejfer epitassjali tal-LED.

1. Titjib tal-Proċess ta' Tkabbir f'Żewġ Passi

Bħalissa, il-produzzjoni kummerċjali timpjega proċess ta’ tkabbir f’żewġ stadji, iżda n-numru ta’ sottostrati li jistgħu jitgħabbew f’daqqa huwa limitat. Filwaqt li s-sistemi ta’ 6 wejfers huma maturi, magni li jimmaniġġjaw madwar 20 wejfer għadhom qed jiġu żviluppati. Iż-żieda fin-numru ta’ wejfers ħafna drabi twassal għal uniformità insuffiċjenti fis-saffi epitassjali. L-iżviluppi futuri se jiffokaw fuq żewġ direzzjonijiet:

• L-iżvilupp ta' teknoloġiji li jippermettu t-tagħbija ta' aktar sottostrati f'kamra ta' reazzjoni waħda, u b'hekk jagħmluhom aktar adattati għall-produzzjoni fuq skala kbira u t-tnaqqis tal-ispejjeż.
• Tagħmir avvanzat ta' wejfer wieħed awtomatizzat ħafna u ripetibbli.

2. Teknoloġija tal-Epitassija tal-Fażi tal-Fwar tal-Idrur (HVPE)

Din it-teknoloġija tippermetti tkabbir rapidu ta' films ħoxnin b'densità baxxa ta' dislokazzjoni, li jistgħu jservu bħala sottostrati għal tkabbir omoepitassiali bl-użu ta' metodi oħra. Barra minn hekk, films GaN separati mis-sottostrat jistgħu jsiru alternattivi għal ċipep monokristalli GaN bl-ingrossa. Madankollu, l-HVPE għandu żvantaġġi, bħal diffikultà fil-kontroll preċiż tal-ħxuna u gassijiet ta' reazzjoni korrużivi li jfixklu titjib ulterjuri fil-purità tal-materjal GaN.

HVPE-GaN iddopat bis-Si

(a) Struttura tar-reattur HVPE-GaN iddopat bis-Si; (b) Immaġni ta' HVPE-GaN iddopat bis-Si bi ħxuna ta' 800 μm;

(c) Distribuzzjoni tal-konċentrazzjoni tat-trasportatur ħieles tul id-dijametru tal-HVPE-GaN iddopat bis-Si

3. Tkabbir Epitassjali Selettiv jew Teknoloġija ta' Tkabbir Epitassjali Laterali

Din it-teknika tista' tnaqqas aktar id-densità tad-dislokazzjoni u ttejjeb il-kwalità tal-kristall tas-saffi epitassjali tal-GaN. Il-proċess jinvolvi:

• Depożitu ta' saff ta' GaN fuq sottostrat adattat (żaffir jew SiC).
• Id-depożizzjoni ta' saff ta' maskra polikristallina SiO₂ fuq nett.
• Bl-użu tal-fotolitografija u l-inċiżjoni biex jinħolqu twieqi GaN u strixxi tal-maskri SiO₂.Matul it-tkabbir sussegwenti, GaN l-ewwel jikber vertikalment fit-twieqi u mbagħad lateralment fuq l-istrixxi SiO₂.

Il-wejfer GaN-on-Sapphire ta' XKH

4. Teknoloġija Pendeo-Epitassija

Dan il-metodu jnaqqas b'mod sinifikanti d-difetti tal-kannizzata kkawżati minn kannizzata u nuqqas ta' qbil termali bejn is-sottostrat u s-saff epitassjali, u b'hekk itejjeb aktar il-kwalità tal-kristall GaN. Il-passi jinkludu:

• Tkabbir ta' saff epitassjali ta' GaN fuq sottostrat adattat (6H-SiC jew Si) bl-użu ta' proċess f'żewġ stadji.
• Twettiq ta' inċiżjoni selettiva tas-saff epitassjali 'l isfel sas-sottostrat, u ħolqien ta' strutturi alternanti ta' pilastri (GaN/buffer/sottostrat) u trinka.
• Tkabbir ta' saffi addizzjonali ta' GaN, li jestendu lateralment mill-ħitan tal-ġenb tal-pilastri oriġinali ta' GaN, sospiżi fuq it-trinek.Peress li ma tintuża l-ebda maskra, dan jevita kuntatt bejn il-GaN u l-materjali tal-maskra.

Il-wejfer GaN-on-Silicon ta' XKH

5. Żvilupp ta' Materjali Epitassjali LED UV b'Tul ta' Mewġa Qasira

Dan jistabbilixxi bażi soda għal LEDs bojod ibbażati fuq il-fosfru eċċitati bl-UV. Ħafna fosfru ta' effiċjenza għolja jistgħu jiġu eċċitati bid-dawl UV, u joffru effiċjenza luminuża ogħla mis-sistema YAG:Ce attwali, u b'hekk javvanzaw il-prestazzjoni tal-LED abjad.

6. Teknoloġija taċ-Ċippa Multi-Quantum Well (MQW)

Fl-istrutturi tal-MQW, impuritajiet differenti jiġu ddopjati matul it-tkabbir tas-saff li jarmi d-dawl biex jinħolqu bjar kwantistiċi varjabbli. Ir-rikombinazzjoni tal-fotoni emessi minn dawn il-bjar tipproduċi dawl abjad direttament. Dan il-metodu jtejjeb l-effiċjenza luminuża, inaqqas l-ispejjeż, u jissimplifika l-ippakkjar u l-kontroll taċ-ċirkwiti, għalkemm jippreżenta sfidi tekniċi akbar.

7. Żvilupp tat-Teknoloġija tar-“Riċiklaġġ tal-Fotoni”

F'Jannar 1999, Sumitomo tal-Ġappun żviluppat LED abjad bl-użu ta' materjal ZnSe. It-teknoloġija tinvolvi t-tkabbir ta' film irqiq CdZnSe fuq sottostrat ta' kristall wieħed ZnSe. Meta jiġi elettrifikat, il-film jarmi dawl blu, li jinteraġixxi mas-sottostrat ZnSe biex jipproduċi dawl isfar komplementari, li jirriżulta f'dawl abjad. Bl-istess mod, iċ-Ċentru ta' Riċerka Fotonika tal-Università ta' Boston qiegħed kompost semikonduttur AlInGaP fuq GaN-LED blu biex jiġġenera dawl abjad.

8. Fluss tal-Proċess tal-Wafer Epitassjali tal-LED

① Fabbrikazzjoni ta' Wejfer Epitassjali:
Sottostrat → Disinn strutturali → Tkabbir tas-saff buffer → Tkabbir tas-saff GaN tat-tip N → Tkabbir tas-saff li jarmi d-dawl MQW → Tkabbir tas-saff GaN tat-tip P → Ittemprar → Ittestjar (fotoluminexxenza, raġġi-X) → Wejfer epitassjali

② Fabbrikazzjoni taċ-Ċippa:
Wejfer epitassjali → Disinn u fabbrikazzjoni tal-maskra → Fotolitografija → Inċiżjoni jonika → Elettrodu tat-tip N (depożizzjoni, ittemprar, inċiżjoni) → Elettrodu tat-tip P (depożizzjoni, ittemprar, inċiżjoni) → Tqattigħ f'dadi → Spezzjoni u gradazzjoni taċ-ċippa.

Il-wejfer GaN-on-SiC ta' ZMSH