Prinsip lan Proses Teknis Wafer Epitaksial LED

Saka prinsip kerja LED, katon yen bahan wafer epitaksial minangka komponen inti saka LED. Nyatane, parameter optoelektronik utama kayata dawa gelombang, padhange, lan voltase maju akeh ditemtokake dening bahan epitaksial. Teknologi lan peralatan wafer epitaksial penting banget kanggo proses manufaktur, kanthi Metal-Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) minangka metode utama kanggo ngembangake lapisan kristal tunggal tipis saka senyawa III-V, II-VI, lan paduane. Ing ngisor iki sawetara tren mbesuk ing teknologi wafer epitaksial LED.

1. Peningkatan Proses Pertumbuhan Dua Langkah

Saiki, produksi komersial nggunakake proses pertumbuhan rong langkah, nanging jumlah substrat sing bisa dimuat sekaligus diwatesi. Nalika sistem 6-wafer wis diwasa, mesin sing nangani sekitar 20 wafer isih dikembangake. Nambah jumlah wafer asring nyebabake keseragaman sing ora cukup ing lapisan epitaksial. Pangembangan mbesuk bakal fokus ing rong arah:

• Ngembangake teknologi sing ngidini ngemot luwih akeh substrat ing siji ruang reaksi, saengga luwih cocog kanggo produksi skala gedhe lan pangirangan biaya.
• Ngembangake peralatan wafer tunggal sing otomatis banget lan bisa diulang.

2. Teknologi Epitaksi Fase Uap Hidrida (HVPE)

Teknologi iki nggampangake tuwuhing film kandel kanthi kapadhetan dislokasi sing endhek, sing bisa dadi substrat kanggo tuwuhing homoepitaxial nggunakake metode liyane. Kajaba iku, film GaN sing dipisahake saka substrat bisa dadi alternatif kanggo chip kristal tunggal GaN massal. Nanging, HVPE nduweni kekurangan, kayata kangelan ing kontrol kekandelan sing tepat lan gas reaksi korosif sing ngalangi perbaikan luwih lanjut ing kemurnian bahan GaN.

HVPE-GaN sing didoping Si

(a) Struktur reaktor HVPE-GaN sing didoping Si; (b) Gambar HVPE-GaN sing didoping Si kandelé 800 μm;

(c) Distribusi konsentrasi pembawa bebas ing sadawane diameter HVPE-GaN sing didoping Si

3. Teknologi Pertumbuhan Epitaksial Selektif utawa Pertumbuhan Epitaksial Lateral

Teknik iki bisa luwih nyuda kapadhetan dislokasi lan ningkatake kualitas kristal lapisan epitaksial GaN. Proses kasebut kalebu:

• Nyelehake lapisan GaN ing substrat sing cocog (safir utawa SiC).
• Nyelehake lapisan masker SiO₂ polikristalin ing ndhuwur.
• Nggunakake fotolitografi lan etsa kanggo nggawe jendela GaN lan strip topeng SiO₂.Sajrone pertumbuhan sabanjure, GaN pisanan tuwuh vertikal ing jendela banjur lateral ing ndhuwur strip SiO₂.

Wafer GaN-on-Sapphire XKH

4. Teknologi Pendeo-Epitaksi

Cara iki nyuda cacat kisi sing disebabake dening kisi lan ketidakcocokan termal antarane substrat lan lapisan epitaksial kanthi signifikan, saengga luwih ningkatake kualitas kristal GaN. Langkah-langkah kasebut kalebu:

• Nuwuhake lapisan epitaksial GaN ing substrat sing cocog (6H-SiC utawa Si) nggunakake proses rong langkah.
• Nindakake etsa selektif saka lapisan epitaksial mudhun menyang substrat, nggawe struktur pilar bolak-balik (GaN/buffer/substrat) lan parit.
• Lapisan GaN tambahan sing tuwuh, sing mbentang saka sisih pinggir pilar GaN asli, digantung ing ndhuwur parit.Amarga ora ana masker sing digunakake, iki nyegah kontak antarane GaN lan bahan masker.

Wafer GaN-on-Silikon XKH

5. Pangembangan Bahan Epitaksial UV LED Gelombang Pendek

Iki dadi pondasi sing kuwat kanggo LED putih berbasis fosfor sing dieksitasi UV. Akeh fosfor efisiensi dhuwur sing bisa dieksitasi dening cahya UV, sing nawakake efisiensi cahya sing luwih dhuwur tinimbang sistem YAG:Ce saiki, saengga ningkatake kinerja LED putih.

6. Teknologi Chip Sumur Multi-Kuantum (MQW)

Ing struktur MQW, macem-macem rereged didoping sajrone tuwuhing lapisan sing ngetokake cahya kanggo nggawe macem-macem sumur kuantum. Rekombinasi foton sing dipancarake saka sumur kasebut ngasilake cahya putih kanthi langsung. Cara iki nambah efisiensi cahya, nyuda biaya, lan nyederhanakake kontrol kemasan lan sirkuit, sanajan menehi tantangan teknis sing luwih gedhe.

7. Pangembangan Teknologi "Daur Ulang Foton"

Ing Januari 1999, Sumitomo saka Jepang ngembangake LED putih nggunakake bahan ZnSe. Teknologi kasebut kalebu ngembangake film tipis CdZnSe ing substrat kristal tunggal ZnSe. Nalika dialiri listrik, film kasebut ngetokake cahya biru, sing sesambungan karo substrat ZnSe kanggo ngasilake cahya kuning komplementer, sing ngasilake cahya putih. Kajaba iku, Pusat Riset Fotonik Universitas Boston numpuk senyawa semikonduktor AlInGaP ing GaN-LED biru kanggo ngasilake cahya putih.

8. Aliran Proses Wafer Epitaksial LED

① Fabrikasi Wafer Epitaksial:
Substrat → Desain struktural → Pertumbuhan lapisan buffer → Pertumbuhan lapisan GaN tipe-N → Pertumbuhan lapisan pemancar cahaya MQW → Pertumbuhan lapisan GaN tipe-P → Annealing → Pengujian (fotoluminesensi, sinar-X) → Wafer epitaksial

② Pabrikasi Chip:
Wafer epitaksial → Desain lan fabrikasi topeng → Fotolitografi → Etsa ion → Elektroda tipe-N (deposisi, anil, etsa) → Elektroda tipe-P (deposisi, anil, etsa) → Dadu → Inspeksi lan grading chip.

Wafer GaN-on-SiC ZMSH