Iš šviesos diodų veikimo principo akivaizdu, kad epitaksinės plokštelės medžiaga yra pagrindinė šviesos diodo sudedamoji dalis. Iš tiesų, pagrindinius optoelektroninius parametrus, tokius kaip bangos ilgis, ryškumas ir tiesioginė įtampa, daugiausia lemia epitaksinė medžiaga. Epitaksinių plokštelių technologija ir įranga yra labai svarbios gamybos procesui, o metalo-organinis cheminis garų nusodinimas (MOCVD) yra pagrindinis metodas ploniems III-V, II-VI junginių ir jų lydinių monokristaliniams sluoksniams auginti. Žemiau pateikiamos kelios būsimos šviesos diodų epitaksinių plokštelių technologijos tendencijos.
1. Dviejų pakopų augimo proceso tobulinimas
Šiuo metu komercinėje gamyboje naudojamas dviejų pakopų auginimo procesas, tačiau vienu metu įkeliamų substratų skaičius yra ribotas. Nors 6 plokštelių sistemos yra brandžios, mašinos, apdorojančios apie 20 plokštelių, vis dar kuriamos. Padidinus plokštelių skaičių, epitaksiniai sluoksniai dažnai tampa nepakankamai vienodi. Būsima plėtra bus sutelkta dviem kryptimis:
- Kuriamos technologijos, leidžiančios į vieną reakcijos kamerą įkelti daugiau substratų, todėl jos labiau tinka didelio masto gamybai ir sąnaudų mažinimui.
- Tobulinant labai automatizuotą, pakartojamą vienos plokštelės įrangą.
2. Hidrido garų fazės epitaksijos (HVPE) technologija
Ši technologija leidžia greitai auginti storas plėveles su mažu dislokacijų tankiu, kurios gali būti naudojamos kaip substratai homoepitaksiniam augimui naudojant kitus metodus. Be to, nuo substrato atskirtos GaN plėvelės gali tapti alternatyva dideliems GaN monokristaliniams lustams. Tačiau HVPE turi trūkumų, tokių kaip sunkumai tiksliai kontroliuoti storį ir korozinės reakcijos dujos, kurios trukdo toliau gerinti GaN medžiagos grynumą.
Si legiruotas HVPE-GaN
(a) Si legiruoto HVPE-GaN reaktoriaus struktūra; (b) 800 μm storio Si legiruoto HVPE-GaN vaizdas;
(c) Laisvųjų krūvininkų koncentracijos pasiskirstymas išilgai Si legiruoto HVPE-GaN skersmens
3. Selektyvus epitaksinis augimas arba šoninis epitaksinis augimo technologija
Šis metodas gali dar labiau sumažinti dislokacijų tankį ir pagerinti GaN epitaksinių sluoksnių kristalų kokybę. Procesas apima:
- GaN sluoksnio nusodinimas ant tinkamo pagrindo (safyro arba SiC).
- Polikristalinio SiO₂ kaukės sluoksnio uždėjimas ant viršaus.
- GaN langų ir SiO₂ kaukių juostelių kūrimas naudojant fotolitografiją ir ėsdinimą.Vėlesnio augimo metu GaN pirmiausia auga vertikaliai langeliuose, o po to šonuose virš SiO₂ juostelių.
XKH GaN-on-Sapphire plokštelė
4. Pendeo-epitaksijos technologija
Šis metodas žymiai sumažina gardelės defektus, atsirandančius dėl gardelės ir terminio neatitikimo tarp pagrindo ir epitaksinio sluoksnio, dar labiau pagerindamas GaN kristalų kokybę. Šie veiksmai apima:
- GaN epitaksinio sluoksnio auginimas ant tinkamo substrato (6H-SiC arba Si) naudojant dviejų pakopų procesą.
- Atliekamas selektyvus epitaksinio sluoksnio ėsdinimas iki substrato, sukuriant pakaitomis stulpelio (GaN/buferis/substratas) ir tranšėjinių struktūrų susidarymą.
- Augantys papildomi GaN sluoksniai, kurie tęsiasi į šonus nuo originalių GaN stulpų šoninių sienelių, pakabinamų virš tranšėjų.Kadangi kaukė nenaudojama, išvengiama GaN ir kaukės medžiagų sąlyčio.
XKH GaN ant silicio plokštelė
5. Trumpabangių UV LED epitaksinių medžiagų kūrimas
Tai sudaro tvirtą pagrindą UV spinduliuote sužadintiems fosforo pagrindu pagamintiems baltiems šviesos diodams. Daugelį didelio efektyvumo fosforų galima sužadinti UV spinduliuote, todėl jie pasižymi didesniu šviesos efektyvumu nei dabartinė YAG:Ce sistema, taip pagerindami baltų šviesos diodų veikimą.
6. Daugiakvantinių gręžinių (MQW) lustų technologija
MQW struktūrose šviesą emituojančio sluoksnio augimo metu įterpiamos įvairios priemaišos, kad būtų sukurti įvairūs kvantiniai šuliniai. Iš šių šulinių skleidžiamų fotonų rekombinacija tiesiogiai sukuria baltą šviesą. Šis metodas pagerina šviesos efektyvumą, sumažina sąnaudas ir supaprastina pakavimą bei grandinės valdymą, nors kelia ir didesnių techninių iššūkių.
7. „Fotonų perdirbimo“ technologijos kūrimas
1999 m. sausį Japonijos bendrovė „Sumitomo“ sukūrė baltą šviesos diodą, naudodama ZnSe medžiagą. Technologija apima plonos CdZnSe plėvelės auginimą ant ZnSe monokristalo pagrindo. Elektrifikuota plėvelė skleidžia mėlyną šviesą, kuri sąveikauja su ZnSe pagrindu ir sukuria komplementarią geltoną šviesą, o tai lemia baltą šviesą. Panašiai Bostono universiteto fotonikos tyrimų centras ant mėlyno GaN-LED uždėjo AlInGaP puslaidininkinį junginį, kad generuotų baltą šviesą.
8. LED epitaksinės plokštelės proceso srautas
① Epitaksinės plokštelės gamyba:
Pagrindas → Konstrukcinis projektavimas → Buferinio sluoksnio augimas → N tipo GaN sluoksnio augimas → MQW šviesą skleidžiančio sluoksnio augimas → P tipo GaN sluoksnio augimas → Atkaitinimas → Bandymas (fotoliuminescencija, rentgeno spinduliai) → Epitaksinė plokštelė
② Lustų gamyba:
Epitaksinė plokštelė → Kaukės projektavimas ir gamyba → Fotolitografija → Jonų ėsdinimas → N tipo elektrodas (nusodinimas, atkaitinimas, ėsdinimas) → P tipo elektrodas (nusodinimas, atkaitinimas, ėsdinimas) → Pjaustymas kubeliais → Lustų tikrinimas ir rūšiavimas.
ZMSH GaN ant SiC plokštelė
Įrašo laikas: 2025 m. liepos 25 d.