Технички принципи и процеси на LED епитаксијални плочки

Од принципот на работа на LED диодите, очигледно е дека епитаксијалниот материјал на плочката е основна компонента на LED диодата. Всушност, клучните оптоелектронски параметри како што се брановата должина, осветленоста и директниот напон во голема мера се определени од епитаксијалниот материјал. Технологијата и опремата за епитаксијални плочки се од клучно значење за процесот на производство, при што метално-органско хемиско таложење на пареа (MOCVD) е примарен метод за одгледување тенки монокристални слоеви од III-V, II-VI соединенија и нивни легури. Подолу се наведени некои идни трендови во технологијата на епитаксијални плочки на LED диоди.

1. Подобрување на двостепениот процес на раст

Моментално, комерцијалното производство користи двостепен процес на раст, но бројот на подлоги што можат да се вчитаат одеднаш е ограничен. Иако системите со 6 плочки се веќе развиени, машините што ракуваат со околу 20 плочки сè уште се во развој. Зголемувањето на бројот на плочки често води до недоволна униформност во епитаксијалните слоеви. Идните случувања ќе се фокусираат на две насоки:

• Развивање технологии што овозможуваат вчитување на повеќе супстрати во една реакциона комора, што ги прави посоодветни за производство на големи количини и намалување на трошоците.
• Унапредување на високо автоматизирана, повторувачка опрема со единечни плочки.

2. Технологија на хидридна фазна епитаксија на пареа (HVPE)

Оваа технологија овозможува брз раст на дебели филмови со ниска густина на дислокација, кои можат да послужат како супстрати за хомеепитаксијален раст со употреба на други методи. Дополнително, GaN филмовите одвоени од супстратот можат да станат алтернативи на чиповите од монокристален GaN во големи количини. Сепак, HVPE има недостатоци, како што се тешкотиите во прецизната контрола на дебелината и корозивните реакциони гасови кои го попречуваат понатамошното подобрување на чистотата на GaN материјалот.

Си-допиран HVPE-GaN

(a) Структура на реактор со Si допир HVPE-GaN; (b) Слика од HVPE-GaN допиран со Si со дебелина од 800 μm;

(в) Распределба на концентрацијата на слободни носители по должината на дијаметарот на Si-допиран HVPE-GaN

3. Селективен епитаксијален раст или технологија на латерален епитаксијален раст

Оваа техника може дополнително да ја намали густината на дислокациите и да го подобри квалитетот на кристалите на епитаксијалните слоеви од GaN. Процесот вклучува:

• Депонирање на слој од GaN на соодветна подлога (сафир или SiC).
• Поставување на слој од поликристална маска од SiO₂ на врвот.
• Користење на фотолитографија и бакирање за креирање на GaN прозорци и ленти за маска од SiO₂.За време на последователниот раст, GaN прво расте вертикално во прозорците, а потоа странично преку лентите од SiO₂.

Облога од GaN на сафир од XKH

4. Технологија на пендео-епитакси

Овој метод значително ги намалува дефектите на решетката предизвикани од решетката и термичката несовпаѓање помеѓу подлогата и епитаксијалниот слој, дополнително подобрувајќи го квалитетот на GaN кристалот. Чекорите вклучуваат:

• Одгледување на епитаксијален слој од GaN на соодветна подлога (6H-SiC или Si) со користење на двостепенски процес.
• Вршење на селективно гравирање на епитаксијалниот слој надолу кон подлогата, создавајќи наизменични столбови (GaN/тампон/подлога) и рововски структури.
• Растечки дополнителни слоеви на GaN, кои се протегаат странично од страничните ѕидови на оригиналните столбови на GaN, суспендирани над рововите.Бидејќи не се користи маска, ова го избегнува контактот помеѓу GaN и материјалите од маската.

GaN-на-силиконска плочка од XKH

5. Развој на епитаксијални материјали со кратка бранова должина за UV LED диоди

Ова поставува солидна основа за UV-возбудени бели LED диоди базирани на фосфор. Многу високоефикасни фосфорни диоди можат да се возбудат со UV светлина, нудејќи поголема светлосна ефикасност од сегашниот YAG:Ce систем, со што се подобруваат перформансите на белите LED диоди.

6. Технологија на чипови со повеќеквантни бунари (MQW)

Во MQW структурите, различни нечистотии се допираат за време на растот на слојот што емитува светлина за да се создадат различни квантни бунари. Рекомбинацијата на фотоните емитирани од овие бунари директно произведува бела светлина. Овој метод ја подобрува светлосната ефикасност, ги намалува трошоците и го поедноставува пакувањето и контролата на колото, иако претставува поголеми технички предизвици.

7. Развој на технологијата за „рециклирање на фотони“

Во јануари 1999 година, јапонскиот „Сумитомо“ разви бела LED диода користејќи ZnSe материјал. Технологијата вклучува одгледување на тенок филм од CdZnSe на ZnSe монокристална подлога. Кога е електрифициран, филмот емитува сина светлина, која реагира со ZnSe подлогата за да произведе комплементарна жолта светлина, што резултира со бела светлина. Слично на тоа, Центарот за истражување на фотониката на Универзитетот во Бостон постави полупроводничко соединение AlInGaP на сина GaN-LED диода за да генерира бела светлина.

8. Процесен тек на LED епитаксијални плочки

① Изработка на епитаксијални плочки:
Подлога → Структурен дизајн → Раст на тампон слој → Раст на GaN слој од N-тип → Раст на MQW светло-емитувачки слој → Раст на GaN слој од P-тип → Жарење → Тестирање (фотолуминисценција, Х-зраци) → Епитаксијална плочка

② Изработка на чипови:
Епитаксијална плочка → Дизајн и изработка на маска → Фотолитографија → Јонско јодирање → N-тип електрода (таложење, жарење, јодирање) → P-тип електрода (таложење, жарење, јодирање) → Сечење → Инспекција и градација на чипови.

Облога од GaN-на-SiC од ZMSH