Iz principa rada LED dioda, očito je da je epitaksijalni materijal pločice glavna komponenta LED diode. Zapravo, ključni optoelektronički parametri poput valne duljine, svjetline i napona uvelike su određeni epitaksijalnim materijalom. Tehnologija i oprema epitaksijalne pločice ključni su za proizvodni proces, a metal-organsko kemijsko taloženje iz parne faze (MOCVD) je primarna metoda za uzgoj tankih monokristalnih slojeva III-V, II-VI spojeva i njihovih legura. U nastavku su navedeni neki budući trendovi u tehnologiji epitaksijalne pločice LED diode.
1. Poboljšanje dvostepenog procesa rasta
Trenutačno, komercijalna proizvodnja koristi dvostupanjski proces rasta, ali broj podloga koje se mogu istovremeno učitati je ograničen. Dok su sustavi sa 6 pločica zreli, strojevi koji rukuju s oko 20 pločica još su u razvoju. Povećanje broja pločica često dovodi do nedovoljne ujednačenosti epitaksijalnih slojeva. Budući razvoj usredotočit će se na dva smjera:
- Razvoj tehnologija koje omogućuju utovar više supstrata u jednu reakcijsku komoru, što ih čini prikladnijima za proizvodnju velikih razmjera i smanjenje troškova.
- Unapređenje visoko automatizirane, ponovljive opreme za izradu pojedinačnih pločica.
2. Tehnologija epitaksije parne faze hidrida (HVPE)
Ova tehnologija omogućuje brzi rast debelih filmova s niskom gustoćom dislokacija, koji mogu poslužiti kao podloge za homoepitaksijalni rast korištenjem drugih metoda. Osim toga, GaN filmovi odvojeni od podloge mogu postati alternative monokristalnim GaN čipovima u rasutom stanju. Međutim, HVPE ima nedostatke, kao što su poteškoće u preciznoj kontroli debljine i korozivni reakcijski plinovi koji sprječavaju daljnje poboljšanje čistoće GaN materijala.
Si-dopirani HVPE-GaN
(a) Struktura HVPE-GaN reaktora dopiranog silicijem; (b) Slika HVPE-GaN dopiranog silicijem debljine 800 μm;
(c) Raspodjela koncentracije slobodnih nositelja duž promjera HVPE-GaN dopiranog Si
3. Selektivni epitaksijalni rast ili tehnologija lateralnog epitaksijalnog rasta
Ova tehnika može dodatno smanjiti gustoću dislokacija i poboljšati kvalitetu kristala GaN epitaksijalnih slojeva. Proces uključuje:
- Nanošenje GaN sloja na prikladnu podlogu (safir ili SiC).
- Nanošenje polikristalnog SiO₂ maskirnog sloja na vrh.
- Korištenje fotolitografije i jetkanja za izradu GaN prozora i SiO₂ maskirnih traka.Tijekom naknadnog rasta, GaN prvo raste vertikalno u prozorima, a zatim lateralno preko SiO₂ traka.
XKH-ova GaN-na-safirnoj pločici
4. Pendeo-epitaksija tehnologija
Ova metoda značajno smanjuje defekte rešetke uzrokovane neusklađenošću rešetke i topline između podloge i epitaksijalnog sloja, dodatno poboljšavajući kvalitetu GaN kristala. Koraci uključuju:
- Uzgoj GaN epitaksijalnog sloja na prikladnoj podlozi (6H-SiC ili Si) korištenjem dvostupanjskog postupka.
- Izvođenje selektivnog jetkanja epitaksijalnog sloja do podloge, stvaranjem naizmjeničnih stupastih (GaN/pufer/podloga) i rovovskih struktura.
- Uzgoj dodatnih GaN slojeva, koji se protežu bočno od bočnih stijenki originalnih GaN stupova, obješenih preko rovova.Budući da se ne koristi maska, izbjegava se kontakt između GaN-a i materijala maske.
XKH-ova GaN-na-silicijskoj pločici
5. Razvoj epitaksijalnih materijala za UV LED diode kratke valne duljine
Ovo postavlja čvrste temelje za bijele LED diode na bazi fosfora pobuđene UV svjetlom. Mnogi visokoučinkoviti fosfori mogu se pobuđivati UV svjetlom, nudeći veću svjetlosnu učinkovitost od trenutnog YAG:Ce sustava, čime se unapređuju performanse bijelih LED dioda.
6. Tehnologija čipova s višekvantnim bunarima (MQW)
U MQW strukturama, različite nečistoće se dopiraju tijekom rasta sloja koji emitira svjetlost kako bi se stvorili različiti kvantni bunari. Rekombinacija fotona emitiranih iz tih bunara izravno proizvodi bijelu svjetlost. Ova metoda poboljšava svjetlosnu učinkovitost, smanjuje troškove i pojednostavljuje pakiranje i upravljanje sklopom, iako predstavlja veće tehničke izazove.
7. Razvoj tehnologije „recikliranja fotona“
U siječnju 1999. godine, japanska tvrtka Sumitomo razvila je bijelu LED diodu koristeći ZnSe materijal. Tehnologija uključuje uzgoj tankog filma CdZnSe na ZnSe monokristalnoj podlozi. Kada se naelektrizira, film emitira plavu svjetlost koja u interakciji sa ZnSe podlogom proizvodi komplementarnu žutu svjetlost, što rezultira bijelom svjetlošću. Slično tome, Centar za istraživanje fotonike Sveučilišta u Bostonu složio je poluvodički spoj AlInGaP na plavu GaN-LED diodu kako bi generirao bijelu svjetlost.
8. Tijek procesa epitaksijalne LED pločice
① Izrada epitaksijalne pločice:
Podloga → Strukturni dizajn → Rast međusloja → Rast sloja N-tipa GaN → Rast sloja koji emitira svjetlost MQW → Rast sloja P-tipa GaN → Žarenje → Ispitivanje (fotoluminiscencija, rendgensko zračenje) → Epitaksijalna pločica
② Izrada čipa:
Epitaksijalna pločica → Dizajn i izrada maske → Fotolitografija → Ionsko nagrizanje → N-tip elektrode (taloženje, žarenje, nagrizanje) → P-tip elektrode (taloženje, žarenje, nagrizanje) → Rezanje na kockice → Pregled i ocjenjivanje čipa.
ZMSH-ova GaN-na-SiC pločica
Vrijeme objave: 25. srpnja 2025.