От принципа на работа на светодиодите е видно, че материалът на епитаксиалната пластина е основният компонент на светодиода. Всъщност, ключови оптоелектронни параметри, като дължина на вълната, яркост и напрежение в права посока, до голяма степен се определят от епитаксиалния материал. Технологията и оборудването за епитаксиални пластини са от решаващо значение за производствения процес, като металоорганичното химическо отлагане от пари (MOCVD) е основният метод за отглеждане на тънки монокристални слоеве от III-V, II-VI съединения и техните сплави. По-долу са дадени някои бъдещи тенденции в технологията за епитаксиални пластини на светодиоди.
1. Подобряване на двуетапния процес на растеж
В момента търговското производство използва двуетапен процес на растеж, но броят на подложките, които могат да се заредят едновременно, е ограничен. Докато системите с 6 пластини са зрели, машините, обработващи около 20 пластини, все още са в процес на разработка. Увеличаването на броя на пластините често води до недостатъчна еднородност в епитаксиалните слоеве. Бъдещите разработки ще се фокусират в две посоки:
- Разработване на технологии, които позволяват зареждането на повече субстрати в една реакционна камера, което ги прави по-подходящи за мащабно производство и намаляване на разходите.
- Усъвършенстване на високоавтоматизирано, повтаряемо оборудване за производство на единични пластини.
2. Технология за хидридна парофазна епитаксия (HVPE)
Тази технология позволява бърз растеж на дебели филми с ниска плътност на дислокациите, които могат да служат като субстрати за хомоепитаксиален растеж, използвайки други методи. Освен това, GaN филми, отделени от субстрата, могат да се превърнат в алтернативи на обемните GaN монокристални чипове. HVPE обаче има недостатъци, като например трудност при прецизен контрол на дебелината и корозивни реакционни газове, които възпрепятстват по-нататъшното подобряване на чистотата на GaN материала.
Si-легиран HVPE-GaN
(a) Структура на реактор HVPE-GaN, легиран с Si; (b) Изображение на HVPE-GaN с дебелина 800 μm, легиран с Si;
(в) Разпределение на концентрацията на свободни носители по диаметъра на Si-легиран HVPE-GaN
3. Технология за селективен епитаксиален растеж или латерален епитаксиален растеж
Тази техника може допълнително да намали плътността на дислокациите и да подобри кристалното качество на епитаксиалните слоеве GaN. Процесът включва:
- Нанасяне на GaN слой върху подходящ субстрат (сапфир или SiC).
- Нанасяне на поликристален масков слой от SiO₂ отгоре.
- Използване на фотолитография и ецване за създаване на GaN прозорци и SiO₂ маскиращи ленти.По време на последващия растеж, GaN първо расте вертикално в прозорците, а след това странично върху SiO₂ лентите.
GaN върху сапфирена пластина на XKH
4. Технология на пендео-епитаксията
Този метод значително намалява дефектите в решетката, причинени от несъответствие в решетката и температурата между субстрата и епитаксиалния слой, като допълнително подобрява качеството на GaN кристалите. Стъпките включват:
- Отглеждане на епитаксиален слой GaN върху подходящ субстрат (6H-SiC или Si), използвайки двуетапен процес.
- Извършване на селективно ецване на епитаксиалния слой до субстрата, създавайки редуващи се стълбовидни (GaN/буфер/субстрат) и траншейни структури.
- Отглеждане на допълнителни GaN слоеве, които се простират странично от страничните стени на оригиналните GaN стълбове, окачени над траншеите.Тъй като не се използва маска, това избягва контакт между GaN и материалите на маската.
GaN върху силициева пластина на XKH
5. Разработване на епитаксиални материали с къси дължини на вълната с UV LED
Това полага солидна основа за UV-възбудени бели светодиоди на базата на фосфор. Много високоефективни фосфори могат да бъдат възбудени от UV светлина, предлагайки по-висока светлинна ефективност от настоящата YAG:Ce система, като по този начин подобряват производителността на белите светодиоди.
6. Технология на чиповете с многоквантови кладенци (MQW)
В MQW структурите, различни примеси се легират по време на растежа на светлоизлъчващия слой, за да се създадат различни квантови ямки. Рекомбинацията на фотони, излъчвани от тези ямки, произвежда директно бяла светлина. Този метод подобрява светлинната ефективност, намалява разходите и опростява опаковането и управлението на схемите, въпреки че представлява по-големи технически предизвикателства.
7. Разработване на технология за „рециклиране на фотони“
През януари 1999 г. японската компания Sumitomo разработи бял светодиод, използващ ZnSe материал. Технологията включва отглеждане на тънък CdZnSe филм върху монокристален ZnSe субстрат. Когато се електрифицира, филмът излъчва синя светлина, която взаимодейства със ZnSe субстрата, за да произведе допълнителна жълта светлина, което води до бяла светлина. По подобен начин, Изследователският център по фотоника към Бостънския университет е натрупал полупроводниково съединение AlInGaP върху син GaN-LED, за да генерира бяла светлина.
8. Процес на епитаксиална пластина с LED
① Изработване на епитаксиални пластини:
Субстрат → Структурен дизайн → Растеж на буферен слой → Растеж на N-тип GaN слой → Растеж на MQW светлоизлъчващ слой → Растеж на P-тип GaN слой → Отгряване → Тестване (фотолуминесценция, рентгеново изследване) → Епитаксиална пластина
② Производство на чипове:
Епитаксиална пластина → Проектиране и изработка на маска → Фотолитография → Йонно ецване → N-тип електрод (отлагане, отгряване, ецване) → P-тип електрод (отлагане, отгряване, ецване) → Нарязване на кубчета → Инспекция и градиране на чипа.
GaN-върху-SiC пластина на ZMSH
Време на публикуване: 25 юли 2025 г.