Principii tecnichi è prucessi di e cialde epitassiali LED

Da u principiu di funziunamentu di i LED, hè evidente chì u materiale di a cialda epitassiale hè u cumpunente principale di un LED. In fatti, i parametri optoelettronici chjave cum'è a lunghezza d'onda, a luminosità è a tensione diretta sò largamente determinati da u materiale epitassiale. A tecnulugia è l'equipaggiamentu di e cialde epitassiali sò critichi per u prucessu di fabricazione, cù a Deposizione Chimica da Vapore Metallo-Organicu (MOCVD) chì hè u metudu principale per a crescita di strati sottili di monocristalli di cumposti III-V, II-VI, è e so leghe. Quì sottu sò alcune tendenze future in a tecnulugia di e cialde epitassiali LED.

1. Migliuramentu di u prucessu di crescita in dui passi

Attualmente, a pruduzzione cummerciale impiega un prucessu di crescita in dui passi, ma u numeru di sustrati chì ponu esse caricati à tempu hè limitatu. Mentre i sistemi à 6 wafer sò maturi, e macchine chì gestiscenu circa 20 wafer sò sempre in corsu di sviluppu. Aumentà u numeru di wafer porta spessu à una uniformità insufficiente in i strati epitassiali. I sviluppi futuri si concentreranu nantu à duie direzzione:

• Sviluppà tecnulugie chì permettenu di caricà più sustrati in una sola camera di reazione, rendenduli più adatti per a pruduzzione à grande scala è a riduzione di i costi.
• Avanzamentu di l'apparecchiatura à cialda unica altamente automatizata è ripetibile.

2. Tecnulugia di l'Epitassia in Fase Vapore à Idruri (HVPE)

Sta tecnulugia permette una crescita rapida di filmi spessi cù una bassa densità di dislocazione, chì ponu serve cum'è substrati per a crescita omoepitassiale aduprendu altri metudi. Inoltre, i filmi di GaN separati da u substratu ponu diventà alternative à i chip monocristallini di GaN in massa. Tuttavia, l'HVPE hà svantaghji, cum'è a difficultà in u cuntrollu precisu di u spessore è i gasi di reazione corrosivi chì impediscenu un ulteriore miglioramentu di a purità di u materiale GaN.

HVPE-GaN dopatu cù Si

(a) Struttura di u reattore HVPE-GaN dopatu cù Si; (b) Imagine di HVPE-GaN dopatu cù Si di 800 μm di spessore;

(c) Distribuzione di a cuncentrazione di purtatori liberi longu u diametru di HVPE-GaN dopatu cù Si

3. Tecnulugia di Crescita Epitassiale Selettiva o di Crescita Epitassiale Laterale

Sta tecnica pò riduce ulteriormente a densità di dislocazioni è migliurà a qualità cristallina di i strati epitassiali di GaN. U prucessu implica:

• Depositendu una strata di GaN nantu à un substratu adattatu (zaffiro o SiC).
• Depositendu una strata di maschera policristallina di SiO₂ sopra.
• Utilizendu a fotolitografia è l'incisione per creà finestre di GaN è strisce di maschera di SiO₂.Durante a crescita successiva, GaN cresce prima verticalmente in e finestre è dopu lateralmente sopra e strisce di SiO₂.

A cialda di GaN nantu à zaffiro di XKH

4. Tecnulugia Pendeo-Epitassia

Stu metudu riduce significativamente i difetti di reticolo causati da a discrepanza di reticolo è termica trà u substratu è u stratu epitassiale, migliurendu ulteriormente a qualità di u cristallu di GaN. I passi includenu:

• Cresce una strata epitassiale di GaN nantu à un substratu adattatu (6H-SiC o Si) aduprendu un prucessu in dui passi.
• Realizà una incisione selettiva di u stratu epitassiale finu à u substratu, creendu strutture alternate di pilastri (GaN/buffer/substratu) è di trincea.
• Crescendu strati di GaN supplementari, chì si estendenu lateralmente da i muri laterali di i pilastri di GaN originali, sospesi sopra e trincee.Siccomu ùn hè aduprata alcuna maschera, questu evita u cuntattu trà GaN è i materiali di a maschera.

A cialda GaN-on-Silicon di XKH

5. Sviluppu di Materiali Epitassiali LED UV à Lunghezza d'Onda Corta

Questu pone una basa solida per i LED bianchi à basa di fosforu eccitati da UV. Parechji fosfori à alta efficienza ponu esse eccitati da a luce UV, offrendu una efficienza luminosa più alta chè l'attuale sistema YAG:Ce, avanzendu cusì e prestazioni di i LED bianchi.

6. Tecnulugia di chip Multi-Quantum Well (MQW)

In e strutture MQW, diverse impurità sò drogate durante a crescita di u stratu emettitore di luce per creà pozzi quantichi variabili. A ricombinazione di fotoni emessi da questi pozzi produce direttamente luce bianca. Stu metudu migliora l'efficienza luminosa, riduce i costi è simplifica l'imballaggio è u cuntrollu di i circuiti, ancu s'ellu presenta sfide tecniche più grande.

7. Sviluppu di a tecnulugia di "Riciclaggio di Fotoni"

In ghjennaghju 1999, a cumpagnia giapponese Sumitomo hà sviluppatu un LED biancu aduprendu materiale ZnSe. A tecnulugia implica a crescita di una pellicola sottile di CdZnSe nantu à un substratu monocristallinu di ZnSe. Quandu hè elettrificata, a pellicola emette luce blu, chì interagisce cù u substratu ZnSe per pruduce una luce gialla cumplementare, risultendu in luce bianca. In listessu modu, u Centru di Ricerca Fotonica di l'Università di Boston hà impilatu un cumpostu semiconduttore AlInGaP nantu à un GaN-LED blu per generà luce bianca.

8. Flussu di u prucessu di e cialde epitassiali LED

① Fabricazione di wafer epitaxiali:
Substratu → Cuncepimentu strutturale → Crescita di u stratu buffer → Crescita di u stratu GaN di tipu N → Crescita di u stratu emettitore di luce MQW → Crescita di u stratu GaN di tipu P → Ricottura → Test (fotoluminescenza, raggi X) → Wafer epitassiale

② Fabricazione di chip:
Wafer epitassiale → Cuncepimentu è fabricazione di maschere → Fotolitografia → Incisione ionica → Elettrodu di tipu N (deposizione, ricottura, incisione) → Elettrodu di tipu P (deposizione, ricottura, incisione) → Tagliu à cubetti → Ispezione è classificazione di chip.

A cialda GaN-on-SiC di ZMSH