Kanuni na Michakato ya Kiufundi ya Wafers za Epitaxial za LED

Kutoka kwa kanuni ya utendaji kazi wa LED, ni dhahiri kwamba nyenzo ya wafer ya epitaxial ndiyo sehemu kuu ya LED. Kwa kweli, vigezo muhimu vya optoelectronic kama vile urefu wa wimbi, mwangaza, na volteji ya mbele huamuliwa kwa kiasi kikubwa na nyenzo ya epitaxial. Teknolojia na vifaa vya wafer ya epitaxial ni muhimu kwa mchakato wa utengenezaji, huku Metal-Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) ikiwa njia kuu ya kukuza tabaka nyembamba za fuwele moja za misombo ya III-V, II-VI, na aloi zake. Hapa chini kuna baadhi ya mitindo ya baadaye katika teknolojia ya wafer ya epitaxial ya LED.

1. Uboreshaji wa Mchakato wa Ukuaji wa Hatua Mbili

Hivi sasa, uzalishaji wa kibiashara hutumia mchakato wa ukuaji wa hatua mbili, lakini idadi ya substrates ambazo zinaweza kupakiwa kwa wakati mmoja ni mdogo. Ingawa mifumo ya wafer 6 imeiva, mashine zinazoshughulikia takriban wafer 20 bado zinaendelea kutengenezwa. Kuongeza idadi ya wafer mara nyingi husababisha usawa usiotosha katika tabaka za epitaxial. Maendeleo ya siku zijazo yatazingatia pande mbili:

• Kutengeneza teknolojia zinazoruhusu kupakia substrates zaidi katika chumba kimoja cha mmenyuko, na kuzifanya zifae zaidi kwa uzalishaji mkubwa na kupunguza gharama.
• Kuendeleza vifaa vya kafe moja vinavyoweza kurudiwa kiotomatiki na vinavyoweza kujirudia.

2. Teknolojia ya Awamu ya Mvuke wa Hidridi Epitaksi (HVPE)

Teknolojia hii huwezesha ukuaji wa haraka wa filamu nene zenye msongamano mdogo wa kutengana, ambazo zinaweza kutumika kama nyenzo za ukuaji wa homoepitaxial kwa kutumia njia zingine. Zaidi ya hayo, filamu za GaN zilizotengwa kutoka kwa nyenzo zinaweza kuwa mbadala wa chipsi za fuwele moja za GaN. Hata hivyo, HVPE ina hasara, kama vile ugumu katika udhibiti sahihi wa unene na gesi za mmenyuko wa babuzi ambazo huzuia uboreshaji zaidi wa usafi wa nyenzo za GaN.

HPVE-GaN iliyoongezwa dozi

(a) Muundo wa kinu cha HPVE-GaN kilicho na doped ya Si; (b) Picha ya HPVE-GaN iliyo na doped ya Si yenye unene wa 800 μm;

(c) Usambazaji wa mkusanyiko huru wa kibebaji kando ya kipenyo cha Si-doped HVPE-GaN

3. Teknolojia Teule ya Ukuaji wa Epitaxial au Ukuaji wa Epitaxial wa Pembeni

Mbinu hii inaweza kupunguza zaidi msongamano wa kutengana na kuboresha ubora wa fuwele za tabaka za epitaxial za GaN. Mchakato huu unahusisha:

• Kuweka safu ya GaN kwenye substrate inayofaa (yakuti samafi au SiC).
• Kuweka safu ya barakoa ya SiO₂ yenye poliklisto juu.
• Kutumia fotolithografia na uchongaji ili kuunda madirisha ya GaN na vipande vya barakoa vya SiO₂.Wakati wa ukuaji unaofuata, GaN kwanza hukua wima kwenye madirisha na kisha pembeni juu ya vipande vya SiO₂.

Kipande cha XKH cha GaN-on-Sapphire

4. Teknolojia ya Pendeo-Epitaxy

Njia hii hupunguza kwa kiasi kikubwa kasoro za kimiani zinazosababishwa na kimiani na kutolingana kwa joto kati ya substrate na safu ya epitaxial, na hivyo kuongeza ubora wa fuwele za GaN. Hatua hizo ni pamoja na:

• Kupanda safu ya epitaxial ya GaN kwenye substrate inayofaa (6H-SiC au Si) kwa kutumia mchakato wa hatua mbili.
• Kufanya uchanganuzi wa kuchagua wa safu ya epitaxial hadi kwenye substrate, na kuunda nguzo mbadala (GaN/buffer/substrate) na miundo ya mfereji.
• Kukua kwa tabaka za ziada za GaN, ambazo huenea kutoka kwa kuta za pembeni za nguzo za awali za GaN, zilizoning'inia juu ya mitaro.Kwa kuwa hakuna barakoa inayotumika, hii huepuka mguso kati ya vifaa vya GaN na barakoa.

Kipande cha XKH cha GaN-on-Silicon

5. Ukuzaji wa Vifaa vya Epitaxial vya LED vya UV vya Urefu Mfupi

Hii inaweka msingi imara wa LED nyeupe zenye fosforasi zinazotokana na UV. Fosforasi nyingi zenye ufanisi mkubwa zinaweza kuchangamshwa na mwanga wa UV, na kutoa ufanisi mkubwa wa kung'aa kuliko mfumo wa sasa wa YAG:Ce, na hivyo kuboresha utendaji wa LED nyeupe.

6. Teknolojia ya Chip ya Kisima cha Quantum (MQW)

Katika miundo ya MQW, uchafu tofauti huongezwa wakati wa ukuaji wa safu inayotoa mwanga ili kuunda visima tofauti vya kwanta. Kuunganishwa tena kwa fotoni zinazotolewa kutoka kwenye visima hivi hutoa mwanga mweupe moja kwa moja. Njia hii inaboresha ufanisi wa kung'aa, hupunguza gharama, na kurahisisha udhibiti wa vifungashio na saketi, ingawa inaleta changamoto kubwa zaidi za kiufundi.

7. Maendeleo ya Teknolojia ya "Kuchakata Fotoni"

Mnamo Januari 1999, Sumitomo ya Japani ilitengeneza LED nyeupe kwa kutumia nyenzo ya ZnSe. Teknolojia hiyo inahusisha kukuza filamu nyembamba ya CdZnSe kwenye substrate ya fuwele moja ya ZnSe. Inapowekwa umeme, filamu hutoa mwanga wa bluu, ambao huingiliana na substrate ya ZnSe ili kutoa mwanga wa manjano unaosaidiana, na kusababisha mwanga mweupe. Vile vile, Kituo cha Utafiti cha Photonics cha Chuo Kikuu cha Boston kiliweka kiwanja cha semiconductor cha AlInGaP kwenye GaN-LED ya bluu ili kutoa mwanga mweupe.

8. Mtiririko wa Mchakato wa Kaki ya Epitaxial ya LED

① Utengenezaji wa Kaki ya Epitaxial:
Sehemu ndogo → Ubunifu wa kimuundo → Ukuaji wa safu ya bafa → Ukuaji wa safu ya GaN aina ya N → Ukuaji wa safu inayotoa mwanga wa MQW → Ukuaji wa safu ya GaN aina ya P → Uwekaji wa annealing → Upimaji (mwangaza wa mwanga, X-ray) → Kipande cha epitaxial

② Utengenezaji wa Chipsi:
Kifuniko cha Epitaxial → Ubunifu na utengenezaji wa barakoa → Upigaji picha → Uchongaji wa Ioni → Elektrodi ya aina ya N (uwekaji, unyonyaji, uchongaji) → Elektrodi ya aina ya P (uwekaji, unyonyaji, uchongaji) → Ukata → Ukaguzi na upangaji wa Chip.

Kipande cha ZMSH cha GaN-on-SiC