Technyske prinsipes en prosessen fan LED-epitaksiale wafers

Ut it wurkprinsipe fan LED's is dúdlik dat it epitaksiale wafermateriaal it kearnkomponint fan in LED is. Eins wurde wichtige opto-elektronyske parameters lykas golflingte, helderheid en foarútspanning foar in grut part bepaald troch it epitaksiale materiaal. Epitaksiale wafertechnology en apparatuer binne kritysk foar it produksjeproses, wêrby't Metal-Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) de primêre metoade is foar it groeien fan tinne ienkristallagen fan III-V, II-VI ferbiningen en har legeringen. Hjirûnder binne wat takomstige trends yn LED-epitaksiale wafertechnology.

1. Ferbettering fan it groeiproses yn twa stappen

Op it stuit brûkt kommersjele produksje in twa-stap groeiproses, mar it oantal substraten dat tagelyk laden wurde kin is beheind. Wylst systemen mei 6 wafers al folwoeksen binne, binne masines dy't sawat 20 wafers behannelje noch yn ûntwikkeling. It fergrutsjen fan it oantal wafers liedt faak ta ûnfoldwaande uniformiteit yn epitaksiale lagen. Takomstige ûntwikkelingen sille har rjochtsje op twa rjochtingen:

• It ûntwikkeljen fan technologyen dy't it laden fan mear substraten yn ien reaksjekeamer mooglik meitsje, wêrtroch't se geskikter wurde foar grutskalige produksje en kostenreduksje.
• It befoarderjen fan heech automatisearre, werhellebere single-wafer-apparatuer.

2. Hydride Dampfase Epitaksy (HVPE) Technology

Dizze technology makket rappe groei mooglik fan dikke films mei lege dislokaasjetichtens, dy't kinne tsjinje as substraten foar homoepitaxiale groei mei oare metoaden. Derneist kinne GaN-films dy't skieden binne fan it substraat alternativen wurde foar bulk GaN-ienkristalchips. HVPE hat lykwols neidielen, lykas muoite mei krekte diktekontrôle en korrosive reaksjegassen dy't fierdere ferbettering fan 'e suverens fan GaN-materiaal hinderje.

Si-dopearre HVPE-GaN

(a) Struktuer fan Si-dopearre HVPE-GaN-reaktor; (b) Ofbylding fan 800 μm-dikke Si-dopearre HVPE-GaN;

(c) Ferdieling fan frije dragerkonsintraasje lâns de diameter fan Si-dopearre HVPE-GaN

3. Selektive epitaksiale groei of laterale epitaksiale groeitechnology

Dizze technyk kin de tichtens fan dislokaasjes fierder ferminderje en de kristalkwaliteit fan GaN-epitaksiale lagen ferbetterje. It proses omfettet:

• In GaN-laach ôfsette op in gaadlik substraat (saffier of SiC).
• In polykristallijne SiO₂-maskerlaach derop ôfsette.
• Mei help fan fotolitografy en etsen kinne jo GaN-finsters en SiO₂-maskerstrips meitsje.Tidens de neifolgjende groei groeit GaN earst fertikaal yn 'e finsters en dan lateraal oer de SiO₂-strips.

XKH's GaN-op-Saffierwafer

4. Pendeo-Epitaxy Technology

Dizze metoade ferminderet roasterdefekten signifikant feroarsake troch roaster- en termyske mismatch tusken it substraat en de epitaksiale laach, wêrtroch de kwaliteit fan GaN-kristal fierder ferbettere wurdt. De stappen omfetsje:

• It kweken fan in GaN epitaksiale laach op in gaadlik substraat (6H-SiC of Si) mei in twa-stap proses.
• Selektyf etsen fan 'e epitaksiale laach oant it substraat útfiere, wêrtroch ôfwikseljende pylder- (GaN/buffer/substraat) en sleufstrukturen makke wurde.
• It groeien fan ekstra GaN-lagen, dy't lateraal útstekke fan 'e sydmuorren fan' e orizjinele GaN-pylders, dy't oer de sleatten hingje.Om't gjin masker brûkt wurdt, foarkomt dit kontakt tusken GaN en maskermaterialen.

XKH's GaN-op-Silicium wafer

5. Untwikkeling fan epitaksiale materialen foar koarte golflingte UV LED

Dit leit in solide basis foar UV-oandreaune fosfor-basearre wite LED's. In protte heech-effisjinte fosforen kinne oandreaun wurde troch UV-ljocht, wat in hegere ljochteffisjinsje biedt as it hjoeddeiske YAG:Ce-systeem, wêrtroch de prestaasjes fan wite LED's ferbettere wurde.

6. Multi-Quantum Well (MQW) Chiptechnology

Yn MQW-strukturen wurde ferskate ûnreinheden dopearre tidens de groei fan 'e ljochtútstjittende laach om ferskillende kwantumputten te meitsjen. De rekombinaasje fan fotonen dy't út dizze putten útstjitten wurde produseart direkt wyt ljocht. Dizze metoade ferbetteret de ljochteffisjinsje, ferleget kosten en ferienfâldiget ferpakking en circuitkontrôle, hoewol it gruttere technyske útdagings presintearret.

7. Untwikkeling fan "Fotonrecycling"-technology

Yn jannewaris 1999 ûntwikkele it Japanske Sumitomo in wite LED mei ZnSe-materiaal. De technology omfettet it groeien fan in tinne CdZnSe-film op in ZnSe-ienkristalsubstraat. As it elektrifisearre wurdt, stjoert de film blau ljocht út, dat ynteraksje hat mei it ZnSe-substraat om komplementêr giel ljocht te produsearjen, wat resulteart yn wyt ljocht. Op deselde wize stapele it Photonics Research Center fan 'e Universiteit fan Boston in AlInGaP-healgeliederferbining op in blauwe GaN-LED om wyt ljocht te generearjen.

8. LED Epitaksiale Wafer Prosesstream

① Epitaksiale waferfabrikaazje:
Substraat → Struktureel ûntwerp → Bufferlaachgroei → N-type GaN-laachgroei → MQW ljochtútstjittende laachgroei → P-type GaN-laachgroei → Annealing → Testen (fotoluminesinsje, röntgen) → Epitaksiale wafer

② Chipfabrikaasje:
Epitaksiale wafer → Maskerûntwerp en fabrikaazje → Fotolitografy → Ionenetsen → N-type elektrode (ôfsetting, gloeien, etsen) → P-type elektrode (ôfsetting, gloeien, etsen) → Snijden yn blokjes → Chipinspeksje en gradearring.

ZMSH's GaN-op-SiC-wafer