Din principiul de funcționare al LED-urilor, este evident că materialul plachetei epitaxiale este componenta centrală a unui LED. De fapt, parametrii optoelectronici cheie, cum ar fi lungimea de undă, luminozitatea și tensiunea directă, sunt în mare măsură determinați de materialul epitaxial. Tehnologia și echipamentele pentru plachete epitaxiale sunt esențiale pentru procesul de fabricație, depunerea chimică din vapori metalo-organici (MOCVD) fiind metoda principală pentru creșterea straturilor subțiri monocristaline de compuși III-V, II-VI și aliajele acestora. Mai jos sunt prezentate câteva tendințe viitoare în tehnologia plachetelor epitaxiale pentru LED-uri.
1. Îmbunătățirea procesului de creștere în doi pași
În prezent, producția comercială utilizează un proces de creștere în doi pași, dar numărul de substraturi care pot fi încărcate simultan este limitat. Deși sistemele cu 6 napolitane sunt mature, mașinile care manipulează aproximativ 20 de napolitane sunt încă în curs de dezvoltare. Creșterea numărului de napolitane duce adesea la o uniformitate insuficientă a straturilor epitaxiale. Dezvoltările viitoare se vor concentra pe două direcții:
- Dezvoltarea de tehnologii care permit încărcarea mai multor substraturi într-o singură cameră de reacție, făcându-le mai potrivite pentru producția la scară largă și reducerea costurilor.
- Echipamente avansate cu o singură plachetă, extrem de automatizate și repetabile.
2. Tehnologia epitaxiei în fază de vapori cu hidrură (HVPE)
Această tehnologie permite creșterea rapidă a peliculelor groase cu densitate scăzută de dislocații, care pot servi ca substraturi pentru creșterea homoepitaxială folosind alte metode. În plus, peliculele de GaN separate de substrat pot deveni alternative la cipurile monocristaline de GaN în vrac. Cu toate acestea, HVPE are dezavantaje, cum ar fi dificultatea controlului precis al grosimii și gazele de reacție corozive care împiedică îmbunătățirea ulterioară a purității materialului GaN.
HVPE-GaN dopat cu Si
(a) Structura reactorului HVPE-GaN dopat cu Si; (b) Imagine a HVPE-GaN dopat cu Si cu grosimea de 800 μm;
(c) Distribuția concentrației de purtători liberi de-a lungul diametrului HVPE-GaN dopat cu Si
3. Tehnologia de creștere epitaxială selectivă sau de creștere epitaxială laterală
Această tehnică poate reduce și mai mult densitatea dislocațiilor și poate îmbunătăți calitatea cristalină a straturilor epitaxiale de GaN. Procesul implică:
- Depunerea unui strat de GaN pe un substrat adecvat (safir sau SiC).
- Depunerea unui strat de mască policristalin de SiO₂ deasupra.
- Utilizarea fotolitografiei și a gravării pentru a crea ferestre GaN și benzi de mască SiO₂.În timpul creșterii ulterioare, GaN crește mai întâi vertical în ferestre și apoi lateral peste fâșiile de SiO₂.
Placheta GaN pe safir de la XKH
4. Tehnologia Pendeo-Epitaxy
Această metodă reduce semnificativ defectele de rețea cauzate de nepotrivirea rețelei și termică dintre substrat și stratul epitaxial, îmbunătățind și mai mult calitatea cristalului de GaN. Etapele includ:
- Creșterea unui strat epitaxial de GaN pe un substrat adecvat (6H-SiC sau Si) utilizând un proces în doi pași.
- Efectuarea gravării selective a stratului epitaxial până la substrat, creând structuri alternante de tip piloni (GaN/tampon/substrat) și de tip șanț.
- Creșterea unor straturi suplimentare de GaN, care se extind lateral de la pereții laterali ai stâlpilor originali de GaN, suspendați peste tranșee.Deoarece nu se folosește nicio mască, acest lucru evită contactul dintre GaN și materialele măștii.
Placheta GaN pe siliciu de la XKH
5. Dezvoltarea de materiale epitaxiale cu LED UV cu lungime de undă scurtă
Aceasta pune o bază solidă pentru LED-urile albe pe bază de fosfor excitat cu UV. Mulți fosfori de înaltă eficiență pot fi excitați de lumina UV, oferind o eficiență luminoasă mai mare decât sistemul YAG:Ce actual, îmbunătățind astfel performanța LED-urilor albe.
6. Tehnologia cipurilor cu sonde multi-cuantice (MQW)
În structurile MQW, diferite impurități sunt dopate în timpul creșterii stratului emițător de lumină pentru a crea puțuri cuantice variabile. Recombinarea fotonilor emiși din aceste puțuri produce direct lumină albă. Această metodă îmbunătățește eficiența luminoasă, reduce costurile și simplifică împachetarea și controlul circuitelor, deși prezintă provocări tehnice mai mari.
7. Dezvoltarea tehnologiei de „reciclare a fotonilor”
În ianuarie 1999, compania japoneză Sumitomo a dezvoltat un LED alb folosind material ZnSe. Tehnologia implică creșterea unei pelicule subțiri de CdZnSe pe un substrat monocristal de ZnSe. Când este electrificată, pelicula emite lumină albastră, care interacționează cu substratul de ZnSe pentru a produce lumină galbenă complementară, rezultând lumină albă. În mod similar, Centrul de Cercetare Fotonică al Universității din Boston a suprapus un compus semiconductor AlInGaP pe un LED albastru de GaN pentru a genera lumină albă.
8. Fluxul procesului de fabricare a plachetelor epitaxiale cu LED-uri
① Fabricarea de plachete epitaxiale:
Substrat → Proiectare structurală → Creștere strat tampon → Creștere strat GaN de tip N → Creștere strat emițător de lumină MQW → Creștere strat GaN de tip P → Recoacere → Testare (fotoluminescență, raze X) → Placă epitaxială
② Fabricarea cipurilor:
Plachetă epitaxială → Proiectare și fabricare măști → Fotolitografie → Gravare ionică → Electrod de tip N (depunere, recoacere, gravare) → Electrod de tip P (depunere, recoacere, gravare) → Decupare în cuburi → Inspecție și gradare a cipurilor.
Placheta GaN-on-SiC de la ZMSH
Data publicării: 25 iulie 2025