LED-ийн ажиллах зарчмаас харахад эпитаксиаль вафер материал нь LED-ийн гол бүрэлдэхүүн хэсэг болох нь тодорхой байна. Үнэндээ долгионы урт, гэрэлтэлт, урагшлах хүчдэл зэрэг гол оптоэлектроник параметрүүдийг эпитаксиаль материалаар ихээхэн тодорхойлдог. Эпитаксиаль ваферийн технологи, тоног төхөөрөмж нь үйлдвэрлэлийн процесст чухал үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд III-V, II-VI нэгдлүүд болон тэдгээрийн хайлшийн нимгэн дан талст давхаргыг ургуулах үндсэн арга нь Металл-Органик Химийн Уурын Тунадас (MOCVD) юм. LED эпитаксиаль ваферийн технологийн ирээдүйн зарим чиг хандлагыг доор харуулав.
1. Хоёр үе шаттай өсөлтийн үйл явцыг сайжруулах
Одоогийн байдлаар арилжааны үйлдвэрлэлд хоёр үе шаттай өсөлтийн процессыг ашиглаж байгаа боловч нэг дор ачаалах боломжтой субстратын тоо хязгаарлагдмал байна. 6 ширхэг вафлийн системүүд боловсорч гүйцсэн ч 20 орчим вафлийг боловсруулдаг машинууд одоо хүртэл хөгжүүлэлтийн шатандаа явж байна. Вафлийн тоог нэмэгдүүлэх нь эпитаксиал давхаргад жигд байдал хангалтгүй байхад хүргэдэг. Ирээдүйн хөгжил нь хоёр чиглэлд төвлөрөх болно:
- Нэг урвалын камерт илүү олон субстрат ачаалах боломжийг олгодог технологийг боловсруулж, тэдгээрийг томоохон хэмжээний үйлдвэрлэлд илүү тохиромжтой болгож, зардлыг бууруулж байна.
- Өндөр автоматжуулсан, давтагдах боломжтой дан вафлитай тоног төхөөрөмжийг дэвшилтэт болгох.
2. Гидридийн уурын фазын эпитакси (HVPE) технологи
Энэхүү технологи нь дислокацийн нягтрал багатай зузаан хальсыг хурдан ургуулах боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь бусад аргыг ашиглан гомеопитаксиал ургалтын субстрат болж чаддаг. Нэмж дурдахад, субстратаас тусгаарлагдсан GaN хальс нь бөөнөөр нь GaN дан талст чипийн хувилбар болж болох юм. Гэсэн хэдий ч HVPE нь нарийн зузааныг хянахад бэрхшээлтэй, GaN материалын цэвэр байдлыг цаашид сайжруулахад саад болдог идэмхий урвалын хий зэрэг сул талуудтай.
Si-допингтой HVPE-GaN
(a) Si-допингтой HVPE-GaN реакторын бүтэц; (b) 800 μм зузаантай Si-допингтой HVPE-GaN-ийн зураг;
(в) Si-холилттой HVPE-GaN-ийн диаметрийн дагуу чөлөөт тээвэрлэгчийн концентрацийн тархалт
3. Сонгомол эпитаксиал өсөлт эсвэл хажуугийн эпитаксиал өсөлтийн технологи
Энэ арга нь дислокацийн нягтралыг цаашид бууруулж, GaN эпитаксиал давхаргын талстын чанарыг сайжруулж чадна. Энэ үйл явц нь дараахь зүйлийг агуулна.
- Тохиромжтой суурь (сапфир эсвэл SiC) дээр GaN давхаргыг түрхэх.
- Дээр нь поликристалл SiO₂ маск давхаргыг түрхэж байна.
- Фотолитографи болон сийлбэр ашиглан GaN цонх болон SiO₂ маск тууз үүсгэх.Дараагийн өсөлтийн үед GaN нь эхлээд цонхнуудад босоо чиглэлд, дараа нь SiO₂ туузууд дээгүүр хажуу тийшээ ургадаг.
XKH-ийн GaN-on-Sapphire вафли
4. Пендео-Эпитакси технологи
Энэ арга нь суурь ба эпитаксиаль давхаргын хоорондох тор болон дулааны зөрүүгээс үүдэлтэй торны согогийг мэдэгдэхүйц бууруулж, GaN талстын чанарыг улам сайжруулдаг. Алхамуудад дараахь зүйлс орно.
- Хоёр үе шаттай процессыг ашиглан тохиромжтой суурь (6H-SiC эсвэл Si) дээр GaN эпитаксиал давхаргыг ургуулах.
- Эпитаксиал давхаргыг суурь хүртэл сонгон сийлж, ээлжлэн тулгуур (GaN/буфер/субстрат) болон сувгийн бүтцийг бий болгоно.
- Анхны GaN баганын хажуугийн хананаас хажуу тийшээ үргэлжилсэн, шуудуунууд дээр өлгөөтэй нэмэлт GaN давхаргууд ургаж байна.Маск хэрэглэдэггүй тул GaN болон маскны материалын хооронд хүрэхээс зайлсхийдэг.
XKH-ийн GaN-on-Silicon вафли
5. Богино долгионы урттай хэт ягаан туяаны LED эпитаксиал материалыг боловсруулах
Энэ нь хэт ягаан туяагаар өдөөгдсөн фосфор дээр суурилсан цагаан LED-ийн бат бөх суурийг тавьж өгдөг. Олон өндөр үр ашигтай фосфорыг хэт ягаан туяагаар өдөөж, одоогийн YAG:Ce системээс илүү өндөр гэрэлтүүлгийн үр ашгийг санал болгож, улмаар цагаан LED-ийн гүйцэтгэлийг сайжруулдаг.
6. Олон квант худгийн (MQW) чип технологи
MQW бүтцэд гэрэл ялгаруулдаг давхаргын өсөлтийн явцад янз бүрийн хольцыг хольж, янз бүрийн квант худаг үүсгэдэг. Эдгээр худгаас ялгарч буй фотонуудын рекомбинаци нь цагаан гэрлийг шууд үүсгэдэг. Энэ арга нь гэрлийн үр ашгийг сайжруулж, зардлыг бууруулж, сав баглаа боодол болон хэлхээний хяналтыг хялбаршуулдаг боловч техникийн илүү их бэрхшээл учруулдаг.
7. “Фотон дахин боловсруулах” технологийг хөгжүүлэх
1999 оны 1-р сард Японы Сумитомо компани ZnSe материалыг ашиглан цагаан LED боловсруулсан. Энэхүү технологи нь ZnSe дан талст суурь дээр CdZnSe нимгэн хальс ургуулахыг хамардаг. Цахилгаанжуулах үед хальс нь цэнхэр гэрэл ялгаруулдаг бөгөөд энэ нь ZnSe суурьтай харилцан үйлчилж, нэмэлт шар гэрэл үүсгэдэг бөгөөд үүний үр дүнд цагаан гэрэл үүсдэг. Үүнтэй адилаар Бостоны Их Сургуулийн Фотоникийн Судалгааны Төв нь цагаан гэрэл үүсгэхийн тулд цэнхэр GaN-LED дээр AlInGaP хагас дамжуулагч нэгдлийг давхарласан.
8. LED эпитаксиаль ваферийн процессын урсгал
① Эпитаксиал вафлийн үйлдвэрлэл:
Субстрат → Бүтцийн загвар → Буфер давхаргын өсөлт → N хэлбэрийн GaN давхаргын өсөлт → MQW гэрэл ялгаруулдаг давхаргын өсөлт → P хэлбэрийн GaN давхаргын өсөлт → Хатаах → Туршилт (фотолюминесценц, рентген) → Эпитаксиаль вафер
2 Чип үйлдвэрлэх:
Эпитаксиал вафер → Маскийн дизайн ба үйлдвэрлэл → Фотолитографи → Ионы сийлбэр → N төрлийн электрод (тунадасжуулах, шарах, сийлбэрлэх) → P төрлийн электрод (тунадасжуулах, шарах, сийлбэрлэх) → Шоо дөрвөлжин зүсэлт → Чипийн үзлэг ба зэрэглэл.
ZMSH-ийн GaN-on-SiC нимгэн талст
Нийтэлсэн цаг: 2025 оны 7-р сарын 25