Kanuni za Kiufundi na Michakato ya Kaki za Epitaxial za LED

Kutoka kwa kanuni ya kazi ya LEDs, ni dhahiri kwamba nyenzo ya epitaxial wafer ni sehemu ya msingi ya LED. Kwa kweli, vigezo muhimu vya optoelectronic kama vile urefu wa wimbi, mwangaza, na voltage ya mbele huamuliwa kwa kiasi kikubwa na nyenzo za epitaxial. Teknolojia na vifaa vya kaki ya Epitaxial ni muhimu kwa mchakato wa utengenezaji, huku Uwekaji wa Mvuke wa Kemikali ya Metali-Hai (MOCVD) ikiwa njia kuu ya kukuza tabaka nyembamba za fuwele moja za III-V, II-VI misombo na aloi zake. Ifuatayo ni baadhi ya mitindo ya siku zijazo katika teknolojia ya kaki ya LED epitaxial.

1. Uboreshaji wa Mchakato wa Ukuaji wa Hatua Mbili

Hivi sasa, uzalishaji wa kibiashara unatumia mchakato wa ukuaji wa hatua mbili, lakini idadi ya substrates zinazoweza kupakiwa mara moja ni ndogo. Wakati mifumo ya kaki 6 imekomaa, mashine zinazoshughulikia kaki 20 bado zinaendelea kutengenezwa. Kuongezeka kwa idadi ya kaki mara nyingi husababisha usawa wa kutosha katika tabaka za epitaxial. Maendeleo yajayo yatazingatia pande mbili:

• Kuendeleza teknolojia zinazoruhusu kupakia substrates zaidi katika chumba kimoja cha majibu, na kuzifanya zinafaa zaidi kwa uzalishaji wa kiasi kikubwa na kupunguza gharama.
• Inaendeleza vifaa vya otomatiki vya hali ya juu, vinavyoweza kurudiwa vya kaki moja.

2. Teknolojia ya Hydride Vapor Phase Epitaxy (HVPE).

Teknolojia hii huwezesha ukuaji wa haraka wa filamu nene zilizo na msongamano mdogo wa mtengano, ambazo zinaweza kutumika kama sehemu ndogo za ukuaji wa homoni kwa kutumia mbinu zingine. Zaidi ya hayo, filamu za GaN zilizotenganishwa na substrate zinaweza kuwa mbadala kwa chips nyingi za GaN za fuwele moja. Hata hivyo, HVPE ina vikwazo, kama vile ugumu katika udhibiti sahihi wa unene na gesi za mmenyuko babuzi ambazo huzuia uboreshaji zaidi wa usafi wa nyenzo za GaN.

Si-doped HVPE-GaN

(a) Muundo wa kinu cha Si-doped HVPE-GaN; (b) Picha ya 800 μm- nene ya Si-doped HVPE-GaN;

(c) Usambazaji wa mkusanyiko wa mtoa huduma bila malipo kwenye kipenyo cha Si-doped HVPE-GaN

3. Ukuaji wa Epitaxial uliochaguliwa au Teknolojia ya Ukuaji wa Epitaxial ya Baadaye

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

• Kuweka safu ya GaN kwenye substrate inayofaa (sapphire au SiC).
• Inaweka safu ya barakoa ya polycrystalline SiO₂ juu.
• Kutumia upigaji picha na uwekaji ili kuunda madirisha ya GaN na vipande vya barakoa vya SiO₂.Wakati wa ukuaji unaofuata, GaN inakua kwanza kiwima kwenye madirisha na kisha kando juu ya vipande vya SiO₂.

Kaki ya XKH ya GaN-on-Sapphire

4. Teknolojia ya Pendeo-Epitaxy

Mbinu hii hupunguza kwa kiasi kikubwa kasoro za kimiani zinazosababishwa na kimiani na kutolingana kwa joto kati ya tabaka la substrate na epitaxial, na hivyo kuimarisha ubora wa kioo wa GaN. Hatua hizo ni pamoja na:

• Kukuza safu ya epitaxial ya GaN kwenye substrate inayofaa (6H-SiC au Si) kwa kutumia mchakato wa hatua mbili.
• Kufanya uteule wa kuchagua wa safu ya epitaxial hadi kwenye substrate, na kuunda nguzo mbadala (GaN/buffer/substrate) na miundo ya mitaro.
• Kukuza tabaka za ziada za GaN, ambazo huenea kando kutoka kwa kuta za kando za nguzo za awali za GaN, zimesimamishwa juu ya mitaro.Kwa kuwa hakuna kinyago kinachotumiwa, hii huepuka kuwasiliana kati ya GaN na nyenzo za barakoa.

Kaki ya XKH ya GaN-on-Silicon

5. Uendelezaji wa Nyenzo za Epitaxial za UV LED za Short-Wavelength

Hii inaweka msingi dhabiti wa taa nyeupe za fosforasi zenye msisimko wa UV. Fosforasi nyingi za ubora wa juu zinaweza kuchangamshwa na mwanga wa UV, ikitoa ufanisi wa juu zaidi wa mwanga kuliko mfumo wa sasa wa YAG:Ce, na hivyo kuendeleza utendakazi wa LED nyeupe.

6. Teknolojia ya Chip ya Visima vingi vya Quantum (MQW).

Katika miundo ya MQW, uchafu tofauti hutolewa wakati wa ukuaji wa safu ya kutoa mwanga ili kuunda visima vya quantum tofauti. Kuunganishwa tena kwa fotoni zinazotolewa kutoka kwa visima hivi hutoa mwanga mweupe moja kwa moja. Njia hii inaboresha ufanisi wa mwanga, inapunguza gharama, na kurahisisha udhibiti wa ufungaji na mzunguko, ingawa inatoa changamoto kubwa za kiufundi.

7. Maendeleo ya Teknolojia ya "Photon Recycling".

Mnamo Januari 1999, Sumitomo ya Japan ilitengeneza LED nyeupe kwa kutumia nyenzo za ZnSe. Teknolojia hiyo inahusisha kukuza filamu nyembamba ya CdZnSe kwenye sehemu ndogo ya kioo ya ZnSe. Inapowekewa umeme, filamu hiyo hutoa mwanga wa buluu, ambao huingiliana na sehemu ndogo ya ZnSe kutoa mwangaza wa manjano, hivyo kusababisha mwanga mweupe. Vile vile, Kituo cha Utafiti wa Picha za Chuo Kikuu cha Boston kilipanga kiwanja cha semiconductor cha AlInGaP kwenye GaN-LED ya samawati ili kutoa mwanga mweupe.

8. Mtiririko wa Mchakato wa Epitaxial Wafer wa LED

① Utengenezaji wa Epitaxial Wafer:
Sehemu ndogo → Muundo wa muundo → Ukuaji wa tabaka la bafa → Ukuaji wa safu ya N-aina ya GaN → Ukuaji wa safu inayotoa mwanga wa MQW → Ukuaji wa safu ya GaN ya aina ya P → Kiambatanisho → Kujaribu (photoluminescence, X-ray) → Epitaxial kaki

② Utengenezaji wa Chip:
Kaki ya epitaxial → Muundo wa barakoa na uundaji → Pichalithography → Uwekaji wa ion → elektrodi ya aina ya N (utuaji, uwekaji wa annealing, etching) → elektrodi ya aina ya P (uwekaji, uwekaji, uwekaji, uchongaji) → Kupiga → Kukagua Chip na kupanga.

Kaki ya ZMSH ya GaN-on-SiC