Από την αρχή λειτουργίας των LED, είναι προφανές ότι το υλικό των επιταξιακών πλακιδίων είναι το βασικό συστατικό ενός LED. Στην πραγματικότητα, βασικές οπτοηλεκτρονικές παράμετροι όπως το μήκος κύματος, η φωτεινότητα και η τάση προς τα εμπρός καθορίζονται σε μεγάλο βαθμό από το επιταξιακό υλικό. Η τεχνολογία και ο εξοπλισμός των επιταξιακών πλακιδίων είναι κρίσιμοι για τη διαδικασία κατασκευής, με την εναπόθεση μεταλλικών οργανικών χημικών ατμών (MOCVD) να είναι η κύρια μέθοδος για την ανάπτυξη λεπτών μονοκρυσταλλικών στρωμάτων ενώσεων III-V, II-VI και των κραμάτων τους. Παρακάτω παρατίθενται ορισμένες μελλοντικές τάσεις στην τεχνολογία επιταξιακών πλακιδίων LED.
1. Βελτίωση της διαδικασίας ανάπτυξης δύο σταδίων
Επί του παρόντος, η εμπορική παραγωγή χρησιμοποιεί μια διαδικασία ανάπτυξης δύο σταδίων, αλλά ο αριθμός των υποστρωμάτων που μπορούν να φορτωθούν ταυτόχρονα είναι περιορισμένος. Ενώ τα συστήματα 6 πλακιδίων είναι ώριμα, μηχανήματα που χειρίζονται περίπου 20 πλακίδια βρίσκονται ακόμη υπό ανάπτυξη. Η αύξηση του αριθμού των πλακιδίων συχνά οδηγεί σε ανεπαρκή ομοιομορφία στα επιταξιακά στρώματα. Οι μελλοντικές εξελίξεις θα επικεντρωθούν σε δύο κατευθύνσεις:
- Ανάπτυξη τεχνολογιών που επιτρέπουν τη φόρτωση περισσότερων υποστρωμάτων σε έναν μόνο θάλαμο αντίδρασης, καθιστώντας τα πιο κατάλληλα για παραγωγή μεγάλης κλίμακας και μείωση του κόστους.
- Προώθηση εξαιρετικά αυτοματοποιημένου, επαναλήψιμου εξοπλισμού μονής πλακέτας.
2. Τεχνολογία επιταξίας ατμοφασικής υδριδίου (HVPE)
Αυτή η τεχνολογία επιτρέπει την ταχεία ανάπτυξη παχιών μεμβρανών με χαμηλή πυκνότητα εξάρθρωσης, οι οποίες μπορούν να χρησιμεύσουν ως υποστρώματα για ομοεπιταξιακή ανάπτυξη χρησιμοποιώντας άλλες μεθόδους. Επιπλέον, οι μεμβράνες GaN που διαχωρίζονται από το υπόστρωμα μπορούν να αποτελέσουν εναλλακτικές λύσεις για τα μονοκρυσταλλικά τσιπ GaN σε μορφή χύδην. Ωστόσο, το HVPE έχει μειονεκτήματα, όπως η δυσκολία στον ακριβή έλεγχο του πάχους και τα διαβρωτικά αέρια αντίδρασης που εμποδίζουν την περαιτέρω βελτίωση της καθαρότητας του υλικού GaN.
HVPE-GaN με πρόσμιξη Si
(α) Δομή αντιδραστήρα HVPE-GaN με προσμίξεις πυριτίου· (β) Εικόνα αντιδραστήρα HVPE-GaN με προσμίξεις πυριτίου πάχους 800 μm·
(γ) Κατανομή της συγκέντρωσης ελεύθερου φορέα κατά μήκος της διαμέτρου του HVPE-GaN με πρόσμιξη Si
3. Τεχνολογία Επιλεκτικής Επιταξιακής Ανάπτυξης ή Πλευρικής Επιταξιακής Ανάπτυξης
Αυτή η τεχνική μπορεί να μειώσει περαιτέρω την πυκνότητα εξάρθρωσης και να βελτιώσει την κρυσταλλική ποιότητα των επιταξιακών στρωμάτων GaN. Η διαδικασία περιλαμβάνει:
- Εναπόθεση στρώματος GaN σε κατάλληλο υπόστρωμα (ζαφείρι ή SiC).
- Εναπόθεση ενός στρώματος μάσκας πολυκρυσταλλικού SiO₂ στην κορυφή.
- Χρήση φωτολιθογραφίας και χάραξης για τη δημιουργία παραθύρων GaN και λωρίδων μάσκας SiO₂.Κατά την επακόλουθη ανάπτυξη, το GaN αναπτύσσεται πρώτα κάθετα στα παράθυρα και στη συνέχεια πλευρικά πάνω από τις λωρίδες SiO₂.
Η πλακέτα GaN-on-Sapphire της XKH
4. Τεχνολογία Pendeo-Epitaxy
Αυτή η μέθοδος μειώνει σημαντικά τα ελαττώματα του πλέγματος που προκαλούνται από την αναντιστοιχία πλέγματος και θερμότητας μεταξύ του υποστρώματος και του επιταξιακού στρώματος, βελτιώνοντας περαιτέρω την ποιότητα των κρυστάλλων GaN. Τα βήματα περιλαμβάνουν:
- Ανάπτυξη επιταξιακής στρώσης GaN σε κατάλληλο υπόστρωμα (6H-SiC ή Si) χρησιμοποιώντας μια διαδικασία δύο σταδίων.
- Εκτέλεση επιλεκτικής χάραξης του επιταξιακού στρώματος μέχρι το υπόστρωμα, δημιουργώντας εναλλασσόμενες δομές πυλώνων (GaN/ρυθμιστικό στοιχείο/υπόστρωμα) και τάφρων.
- Αναπτύσσονται πρόσθετα στρώματα GaN, τα οποία εκτείνονται πλευρικά από τα πλευρικά τοιχώματα των αρχικών πυλώνων GaN, αιωρούμενα πάνω από τις τάφρους.Δεδομένου ότι δεν χρησιμοποιείται μάσκα, αποφεύγεται η επαφή μεταξύ του GaN και των υλικών της μάσκας.
Δισκίο GaN-on-Silicon της XKH
5. Ανάπτυξη επιταξιακών υλικών UV LED μικρού μήκους κύματος
Αυτό θέτει μια σταθερή βάση για λευκά LED με βάση τον φώσφορο που διεγείρονται από υπεριώδη ακτινοβολία. Πολλά φώσφορα υψηλής απόδοσης μπορούν να διεγείρονται από υπεριώδες φως, προσφέροντας υψηλότερη φωτεινή απόδοση από το τρέχον σύστημα YAG:Ce, βελτιώνοντας έτσι την απόδοση των λευκών LED.
6. Τεχνολογία τσιπ πολλαπλών κβαντικών φρεατίων (MQW)
Στις δομές MQW, διαφορετικές ακαθαρσίες προσμιγνύονται κατά την ανάπτυξη του στρώματος εκπομπής φωτός για να δημιουργηθούν ποικίλα κβαντικά φρεάτια. Ο ανασυνδυασμός των φωτονίων που εκπέμπονται από αυτά τα φρεάτια παράγει απευθείας λευκό φως. Αυτή η μέθοδος βελτιώνει τη φωτεινή απόδοση, μειώνει το κόστος και απλοποιεί τη συσκευασία και τον έλεγχο των κυκλωμάτων, αν και παρουσιάζει μεγαλύτερες τεχνικές προκλήσεις.
7. Ανάπτυξη Τεχνολογίας «Ανακύκλωσης Φωτονίων»
Τον Ιανουάριο του 1999, η ιαπωνική Sumitomo ανέπτυξε ένα λευκό LED χρησιμοποιώντας υλικό ZnSe. Η τεχνολογία περιλαμβάνει την ανάπτυξη μιας λεπτής μεμβράνης CdZnSe σε ένα μονοκρυσταλλικό υπόστρωμα ZnSe. Όταν ηλεκτρίζεται, η μεμβράνη εκπέμπει μπλε φως, το οποίο αλληλεπιδρά με το υπόστρωμα ZnSe για να παράγει συμπληρωματικό κίτρινο φως, με αποτέλεσμα το λευκό φως. Ομοίως, το Κέντρο Έρευνας Φωτονικής του Πανεπιστημίου της Βοστώνης τοποθέτησε μια ημιαγωγική ένωση AlInGaP σε ένα μπλε GaN-LED για να παράγει λευκό φως.
8. Ροή διεργασίας επιταξιακής γκοφρέτας LED
① Επιταξιακή κατασκευή πλακιδίων:
Υπόστρωμα → Δομικός σχεδιασμός → Ανάπτυξη στρώματος buffer → Ανάπτυξη στρώματος GaN τύπου N → Ανάπτυξη στρώματος εκπομπής φωτός MQW → Ανάπτυξη στρώματος GaN τύπου P → Ανόπτηση → Δοκιμές (φωτοφωταύγεια, ακτίνες Χ) → Επιταξιακό πλακίδιο
② Κατασκευή τσιπ:
Επιταξιακό πλακίδιο → Σχεδιασμός και κατασκευή μάσκας → Φωτολιθογραφία → Ιοντική χάραξη → Ηλεκτρόδιο τύπου N (εναπόθεση, ανόπτηση, χάραξη) → Ηλεκτρόδιο τύπου P (εναπόθεση, ανόπτηση, χάραξη) → Κύβοι → Έλεγχος και διαβάθμιση τσιπ.
Δισκίο GaN-on-SiC της ZMSH
Ώρα δημοσίευσης: 25 Ιουλίου 2025