A LED-ek működési elvéből egyértelműen kitűnik, hogy az epitaxiális ostyaanyag a LED központi alkotóeleme. Valójában a kulcsfontosságú optoelektronikai paramétereket, mint például a hullámhossz, a fényerő és az előremenő feszültség, nagymértékben az epitaxiális anyag határozza meg. Az epitaxiális ostyatechnológia és berendezések kritikus fontosságúak a gyártási folyamat szempontjából, a fémorganikus kémiai gőzfázisú leválasztás (MOCVD) az elsődleges módszer a III-V, II-VI vegyületek és ötvözeteik vékony egykristályos rétegeinek növesztésére. Az alábbiakban a LED-ek epitaxiális ostyatechnológiájának néhány jövőbeli trendjét mutatjuk be.
1. A kétlépcsős növekedési folyamat fejlesztése
Jelenleg a kereskedelmi termelés kétlépéses növekedési folyamatot alkalmaz, de az egyszerre betölthető szubsztrátok száma korlátozott. Míg a 6 szeletből álló rendszerek kiforrtak, a körülbelül 20 szeletet kezelő gépek még fejlesztés alatt állnak. A szeletek számának növelése gyakran az epitaxiális rétegek elégtelen egyenletességéhez vezet. A jövőbeli fejlesztések két irányba fognak összpontosítani:
- Olyan technológiák fejlesztése, amelyek lehetővé teszik több szubsztrát betöltését egyetlen reakciókamrába, ezáltal alkalmasabbá téve azokat nagyméretű termelésre és költségcsökkentésre.
- Magasan automatizált, megismételhető, egyszeletes berendezések fejlesztése.
2. Hidrid gőzfázisú epitaxia (HVPE) technológia
Ez a technológia lehetővé teszi vastag, alacsony diszlokációs sűrűségű filmek gyors növekedését, amelyek más módszerekkel homoepitaxiális növekedéshez használhatók szubsztrátként. Ezenkívül a szubsztráttól elválasztott GaN filmek alternatívát jelenthetnek a tömbi GaN egykristályos chipekkel szemben. A HVPE-nek azonban vannak hátrányai, mint például a pontos vastagságszabályozás nehézségei és a korrozív reakciógázok, amelyek akadályozzák a GaN anyag tisztaságának további javítását.
Si-vel adalékolt HVPE-GaN
(a) Si-vel adalékolt HVPE-GaN reaktor szerkezete; (b) Egy 800 μm vastag Si-vel adalékolt HVPE-GaN képe;
(c) A szabad töltéshordozó-koncentráció eloszlása Si-vel adalékolt HVPE-GaN átmérője mentén
3. Szelektív epitaxiális növekedés vagy laterális epitaxiális növekedési technológia
Ez a technika tovább csökkentheti a diszlokációsűrűséget és javíthatja a GaN epitaxiális rétegeinek kristályminőségét. A folyamat a következőket foglalja magában:
- GaN réteg felvitele megfelelő hordozóra (zafír vagy SiC).
- Polikristályos SiO₂ maszkréteg felvitele a tetejére.
- GaN ablakok és SiO₂ maszkcsíkok létrehozása fotolitográfia és maratás segítségével.A későbbi növekedés során a GaN először függőlegesen növekszik az ablakokban, majd oldalirányban a SiO₂ csíkokon.
XKH GaN-on-Sapphire ostyája
4. Pendeo-Epitaxia technológia
Ez a módszer jelentősen csökkenti a rácshibákat, amelyeket a szubsztrát és az epitaxiális réteg közötti rács- és hőmérsékleti eltérés okoz, tovább javítva a GaN kristály minőségét. A lépések a következők:
- GaN epitaxiális réteg növesztése megfelelő hordozóra (6H-SiC vagy Si) kétlépéses eljárással.
- Az epitaxiális réteg szelektív maratása a hordozóig, váltakozó pillér- (GaN/puffer/hordozó) és árokszerkezetek létrehozása.
- További GaN rétegek növekedése, amelyek oldalirányban nyúlnak ki az eredeti GaN oszlopok oldalfalaiból, és az árkok fölé függesztve.Mivel nem használnak maszkot, ez elkerüli a GaN és a maszk anyagai közötti érintkezést.
XKH GaN-on-Silicon ostyája
5. Rövid hullámhosszú UV LED epitaxiális anyagok fejlesztése
Ez szilárd alapot teremt az UV-gerjesztésű, foszfor alapú fehér LED-ek számára. Számos nagy hatékonyságú foszfor gerjeszthető UV-fénnyel, ami nagyobb fényhasznosítást biztosít, mint a jelenlegi YAG:Ce rendszer, ezáltal javítva a fehér LED-ek teljesítményét.
6. Többkvantumú kút (MQW) chiptechnológia
Az MQW struktúrákban a fénykibocsátó réteg növekedése során különböző szennyeződéseket adalékolnak, így változó kvantumkutak jönnek létre. Az ezekből a kutakból kibocsátott fotonok rekombinációja közvetlenül fehér fényt termel. Ez a módszer javítja a fényhasznosítást, csökkenti a költségeket, és leegyszerűsíti a csomagolást és az áramköri vezérlést, bár nagyobb technikai kihívásokat jelent.
7. A „foton-újrahasznosítás” technológia fejlesztése
1999 januárjában a japán Sumitomo vállalat kifejlesztett egy fehér LED-et ZnSe anyag felhasználásával. A technológia lényege, hogy egy CdZnSe vékonyréteget növesztenek egy ZnSe egykristályos hordozóra. Elektromosításkor a film kék fényt bocsát ki, amely kölcsönhatásba lép a ZnSe hordozóval, komplementer sárga fényt hozva létre, ami fehér fényt eredményez. Hasonlóképpen, a Bostoni Egyetem Fotonikai Kutatóközpontja egy AlInGaP félvezető vegyületet helyezett egy kék GaN-LED-re, hogy fehér fényt állítson elő.
8. LED epitaxiális ostya folyamatábrája
① Epitaxiális ostyagyártás:
Hordozó → Szerkezeti tervezés → Pufferréteg növekedése → N-típusú GaN réteg növekedése → MQW fénykibocsátó réteg növekedése → P-típusú GaN réteg növekedése → Lágyítás → Tesztelés (fotolumineszcencia, röntgen) → Epitaxiális ostya
② Chipgyártás:
Epitaxiális ostya → Maszk tervezése és gyártása → Fotolitográfia → Ionmaratás → N-típusú elektróda (leválasztás, hőkezelés, maratás) → P-típusú elektróda (leválasztás, hőkezelés, maratás) → Kockázatkészítés → Chipvizsgálat és osztályozás.
ZMSH GaN-on-SiC ostyája
Közzététel ideje: 2025. július 25.