Prinsip Teknis lan Proses Wafer Epitaxial LED

Saka prinsip kerja LED, jelas yen materi wafer epitaxial minangka komponen inti saka LED. Nyatane, paramèter optoelektronik utama kayata dawa gelombang, padhang, lan voltase maju umume ditemtokake dening bahan epitaxial. Teknologi wafer epitaxial lan peralatan kritis kanggo proses manufaktur, kanthi Metal-Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) minangka cara utama kanggo ngembangake lapisan kristal tunggal tipis saka senyawa III-V, II-VI, lan paduane. Ing ngisor iki sawetara tren mangsa ing teknologi wafer epitaxial LED.

1. Peningkatan Proses Wutah Loro Langkah

Saiki, produksi komersial nggunakake proses pertumbuhan rong langkah, nanging jumlah substrat sing bisa dimuat bebarengan diwatesi. Nalika sistem 6-wafer wis diwasa, mesin nangani watara 20 wafer isih ing pembangunan. Nambah jumlah wafer asring nyebabake ora seragam ing lapisan epitaxial. Perkembangan ing mangsa ngarep bakal fokus ing rong arah:

• Ngembangake teknologi sing ngidini ngemot luwih akeh substrat ing kamar reaksi siji, nggawe luwih cocog kanggo produksi skala gedhe lan nyuda biaya.
• Maju kanthi otomatis, peralatan wafer tunggal sing bisa diulang.

2. Teknologi Hydride Vapor Phase Epitaxy (HVPE).

Teknologi iki mbisakake wutah kanthi cepet saka film kandel kanthi kapadhetan dislokasi sing kurang, sing bisa dadi substrat kanggo pertumbuhan homoepitaxial nggunakake cara liya. Kajaba iku, film GaN sing dipisahake saka substrat bisa dadi alternatif kanggo chip kristal tunggal GaN akeh. Nanging, HVPE duwe kekurangan, kayata angel ngontrol ketebalan sing tepat lan gas reaksi korosif sing ngalangi perbaikan kemurnian materi GaN.

Si-doped HVPE-GaN

(a) Struktur reaktor HVPE-GaN Si-doped; (b) Gambar saka 800 μm- kandel Si-doped HVPE-GaN;

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

3. Wutah Epitaxial Milih utawa Teknologi Wutah Epitaxial Lateral

Teknik iki bisa nyuda Kapadhetan dislokasi lan nambah kualitas kristal lapisan epitaxial GaN. Proses kasebut kalebu:

• Nyimpen lapisan GaN ing substrat sing cocog (safir utawa SiC).
• Nyimpen lapisan topeng SiO₂ polikristalin ing ndhuwur.
• Nggunakake fotolitografi lan etsa kanggo nggawe jendhela GaN lan strip topeng SiO₂.Sajrone wutah sakteruse, GaN pisanan tuwuh vertikal ing jendhela lan banjur lateral liwat jalur SiO₂.

Wafer GaN-on-Sapphire XKH

4. Teknologi Pendeo-Epitaxy

Cara iki kanthi nyata nyuda cacat kisi sing disebabake dening kisi lan ketidakcocokan termal antarane substrat lan lapisan epitaxial, nambah kualitas kristal GaN. Langkah-langkah kasebut kalebu:

• Tuwuh lapisan epitaxial GaN ing substrat sing cocog (6H-SiC utawa Si) nggunakake proses rong langkah.
• Nindakake etsa selektif saka lapisan epitaxial mudhun menyang landasan, nggawe pilar gantian (GaN / buffer / substrat) lan struktur trench.
• Tuwuh lapisan GaN tambahan, sing ngluwihi lateral saka sidewalls saka pilar GaN asli, dilereni soko tugas liwat trenches.Amarga ora ana topeng sing digunakake, iki ngindhari kontak antarane GaN lan bahan topeng.

Wafer GaN-on-Silicon XKH

5. Pangembangan Bahan Epitaxial LED UV Gelombang Cekak

Iki nggawe dhasar sing padhet kanggo LED putih sing adhedhasar fosfor UV. Akeh phosphors efisiensi dhuwur bisa bungah dening cahya UV, nawakake efficiency padhang sing luwih dhuwur tinimbang YAG saiki: sistem Ce, mangkono maju kinerja LED putih.

6. Multi-Quantum Well (MQW) Teknologi Chip

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

7. Pangembangan Teknologi “Photon Recycling”.

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

8. LED Epitaxial Wafer Proses Aliran

① Fabrikasi Wafer Epitaxial:
Substrat → Desain struktur → Pertumbuhan lapisan penyangga → Pertumbuhan lapisan GaN tipe N → Pertumbuhan lapisan pemancar cahaya MQW → Pertumbuhan lapisan GaN tipe P → Annealing → Pengujian (photoluminescence, X-ray) → Wafer epitaxial

② Pabrikan Chip:
Wafer epitaxial → Desain lan fabrikasi topeng → Photolithography → Etsa ion → Elektroda tipe N (deposisi, anil, etsa) → elektroda tipe P (deposisi, anil, etsa) → Dicing → Inspeksi chip lan grading.

wafer GaN-on-SiC ZMSH