LED-ийн ажиллах зарчмаас харахад эпитаксиаль хавтанцар материал нь LED-ийн үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг болох нь тодорхой байна. Үнэн хэрэгтээ долгионы урт, тод байдал, урагшлах хүчдэл зэрэг оптоэлектроникийн гол параметрүүдийг эпитаксиаль материалаар тодорхойлдог. III-V, II-VI нэгдлүүд болон тэдгээрийн хайлшийн нимгэн нэг талст давхаргыг ургуулах үндсэн арга нь Метал-Органик Химийн Уурын хуримтлал (MOCVD) нь үйлдвэрлэлийн процесст эпитаксиаль хавтанцарын технологи, тоног төхөөрөмж чухал ач холбогдолтой юм. LED эпитаксиаль өрмөнцөр технологийн ирээдүйн чиг хандлагыг доор харуулав.
1. Хоёр үе шаттай өсөлтийн үйл явцыг сайжруулах
Одоогийн байдлаар арилжааны үйлдвэрлэл нь хоёр үе шаттай өсөлтийн процессыг ашигладаг боловч нэг дор ачаалах субстратын тоо хязгаарлагдмал байдаг. 6 хавтантай систем боловсорч гүйцсэн хэдий ч 20 орчим вафельтай харьцах машинууд боловсруулагдаж байна. Өрөөний тоог нэмэгдүүлэх нь ихэвчлэн эпитаксиаль давхаргын жигд бус байдалд хүргэдэг. Цаашдын хөгжил хоёр чиглэлд чиглэнэ.
- Нэг урвалын камерт илүү олон субстратыг ачиж, их хэмжээний үйлдвэрлэл, зардлыг бууруулахад илүү тохиромжтой болгох технологийг хөгжүүлэх.
- Өндөр автоматжуулсан, давтагдах боломжтой нэг өргүүртэй тоног төхөөрөмжийг дэвшилтэт .
2. Гидридын уурын фазын эпитакс (HVPE) технологи
Энэхүү технологи нь мултрах нягтрал багатай зузаан хальсыг хурдан ургуулах боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь бусад аргуудыг ашиглан гомоэпитаксиаль өсөлтийн субстрат болж чаддаг. Нэмж дурдахад, субстратаас тусгаарлагдсан GaN хальс нь их хэмжээний GaN нэг талст чипийн хувилбар болж магадгүй юм. Гэсэн хэдий ч HVPE нь зузааныг нарийн хянахад бэрхшээлтэй, идэмхий урвалын хий зэрэг сул талуудтай бөгөөд GaN материалын цэвэршилтийг цаашид сайжруулахад саад болдог.
Si-доптой HVPE-GaN
(a) Si-aded HVPE-GaN реакторын бүтэц; (б) 800 μм зузаантай Si-aded HVPE-GaN-ийн зураг;
(в) Si-aded HVPE-GaN-ийн диаметрийн дагуу чөлөөт тээвэрлэгчийн концентрацийн тархалт
3. Сонгомол эпитаксиаль өсөлт буюу хажуугийн эпитаксиаль өсөлтийн технологи
Энэхүү техник нь нүүлгэн шилжүүлэлтийн нягтыг бууруулж, GaN эпитаксиаль давхаргын болор чанарыг сайжруулж чадна. Процесс нь дараахь зүйлийг агуулна.
- GaN давхаргыг тохиромжтой субстрат (индранил эсвэл SiC) дээр буулгах.
- Дээрээс нь поликристалл SiO₂ маск давхаргыг байрлуулна.
- GaN цонх болон SiO₂ маскны тууз үүсгэхийн тулд фотолитографи болон сийлбэрийг ашиглах.Дараагийн өсөлтийн үед GaN эхлээд цонхонд босоо, дараа нь SiO₂ туузан дээр хажуу тийш ургадаг.
XKH-ийн GaN-on-Sapphire вафер
4. Пендео-Эпитакси технологи
Энэ арга нь субстрат ба эпитаксиаль давхаргын хоорондох тор болон дулааны үл нийцэлээс үүдэлтэй торны согогийг эрс багасгаж, GaN болор чанарыг улам сайжруулдаг. Алхамууд нь:
- Хоёр үе шаттай процессыг ашиглан тохиромжтой субстрат (6H-SiC эсвэл Si) дээр GaN эпитаксиаль давхаргыг ургуулах.
- Эпитаксиаль давхаргыг субстрат хүртэл сонгомол сийлбэр хийх, ээлжлэн тулгуур (GaN/буфер/субстрат) болон суваг шуудууны бүтцийг бий болгох.
- Анхны GaN тулгууруудын хажуугийн хананд наалдсан нэмэлт GaN давхаргууд ургаж, суваг шуудуу дээр дүүжлэв.Маск хэрэглэдэггүй тул энэ нь GaN болон маскны материал хооронд холбоо барихаас сэргийлнэ.
XKH-ийн GaN-on-Silicon өрөм
5. Богино долгионы хэт ягаан туяаны LED эпитаксиал материалыг боловсруулах
Энэ нь хэт ягаан туяагаар өдөөгдсөн фосфорт суурилсан цагаан LED-ийн бат бөх суурийг тавьдаг. Олон тооны өндөр үр ашигтай фосфорууд нь хэт ягаан туяаны гэрлээр өдөөгдөж, одоогийн YAG:Ce системээс илүү өндөр гэрэлтүүлгийн үр ашгийг санал болгож, цагаан LED гүйцэтгэлийг сайжруулдаг.
6. Олон квант худаг (MQW) чип технологи
MQW-ийн бүтцэд гэрэл ялгаруулах давхаргын өсөлтийн явцад янз бүрийн хольцыг дүүргэж, янз бүрийн квант худгийг үүсгэдэг. Эдгээр худгаас ялгарах фотонуудын дахин нэгдэл нь цагаан гэрлийг шууд үүсгэдэг. Энэ арга нь гэрэлтүүлгийн үр ашгийг дээшлүүлж, зардлыг бууруулж, баглаа боодол, хэлхээний хяналтыг хялбаршуулдаг боловч техникийн томоохон сорилтуудыг дагуулдаг.
7. “Фотон дахин боловсруулах” технологийг хөгжүүлэх
1999 оны 1-р сард Японы Сумитомо ZnSe материалыг ашиглан цагаан LED бүтээжээ. Энэхүү технологи нь ZnSe нэг талст субстрат дээр CdZnSe нимгэн хальсыг ургуулахыг хамардаг. Цахилгаанжуулсан үед хальс нь цэнхэр гэрлийг ялгаруулдаг бөгөөд энэ нь ZnSe субстраттай харилцан үйлчилж нэмэлт шар туяа үүсгэдэг бөгөөд үүний үр дүнд цагаан гэрэл үүсдэг. Үүний нэгэн адил Бостоны их сургуулийн Фотоник судалгааны төв нь цагаан гэрлийг үүсгэхийн тулд цэнхэр GaN-LED дээр AlInGaP хагас дамжуулагч нэгдлүүдийг овоолсон.
8. LED Epitaxial Wafer Process Flow
① Эпитаксиаль хавтан үйлдвэрлэх:
Субстрат → Бүтцийн дизайн → Буферийн давхаргын өсөлт → N төрлийн GaN давхаргын өсөлт → MQW гэрэл ялгаруулах давхаргын өсөлт → P хэлбэрийн GaN давхаргын өсөлт → Хуруулалт → Туршилт (фотолюминесценц, рентген) → Эпитаксиаль хавтан
② Чип үйлдвэрлэх:
Эпитаксиаль өрөм → Маск дизайн, үйлдвэрлэл → Фотолитографи → Ион сийлбэр → N төрлийн электрод (тунадасжуулах, зөөлрүүлэх, сийлбэрлэх) → P хэлбэрийн электрод (туутгах, зөөлрүүлэх, сийлбэрлэх) → Шороог зүсэх → Чип шалгах, ангилах.
ZMSH-ийн GaN-on-SiC хавтан
Шуудангийн цаг: 2025 оны 7-р сарын 25