Egwyddorion a Phrosesau Technegol Wafers Epitacsial LED

O egwyddor weithredol LEDs, mae'n amlwg mai'r deunydd wafer epitacsial yw cydran graidd LED. Mewn gwirionedd, mae paramedrau optoelectronig allweddol fel tonfedd, disgleirdeb, a foltedd ymlaen yn cael eu pennu i raddau helaeth gan y deunydd epitacsial. Mae technoleg ac offer wafer epitacsial yn hanfodol i'r broses weithgynhyrchu, gyda Dyddodiad Anwedd Cemegol Metel-Organig (MOCVD) yn brif ddull ar gyfer tyfu haenau tenau un grisial o gyfansoddion III-V, II-VI, a'u aloion. Isod mae rhai tueddiadau yn y dyfodol mewn technoleg wafer epitacsial LED.

1. Gwella'r Broses Twf Dau Gam

Ar hyn o bryd, mae cynhyrchu masnachol yn defnyddio proses dyfu dau gam, ond mae nifer y swbstradau y gellir eu llwytho ar unwaith yn gyfyngedig. Er bod systemau 6-wafer yn aeddfed, mae peiriannau sy'n trin tua 20 wafer yn dal i gael eu datblygu. Yn aml, mae cynyddu nifer y wafers yn arwain at unffurfiaeth annigonol mewn haenau epitacsial. Bydd datblygiadau yn y dyfodol yn canolbwyntio ar ddau gyfeiriad:

• Datblygu technolegau sy'n caniatáu llwytho mwy o swbstradau mewn un siambr adwaith, gan eu gwneud yn fwy addas ar gyfer cynhyrchu ar raddfa fawr a lleihau costau.
• Datblygu offer wafer sengl awtomataidd iawn, ailadroddadwy.

2. Technoleg Epitacsi Cyfnod Anwedd Hydrid (HVPE)

Mae'r dechnoleg hon yn galluogi twf cyflym ffilmiau trwchus gyda dwysedd dadleoliad isel, a all wasanaethu fel swbstradau ar gyfer twf homoepitaxial gan ddefnyddio dulliau eraill. Yn ogystal, gall ffilmiau GaN sydd wedi'u gwahanu o'r swbstrad ddod yn ddewisiadau amgen i sglodion grisial sengl GaN swmp. Fodd bynnag, mae gan HVPE anfanteision, megis anhawster i reoli trwch yn fanwl gywir a nwyon adwaith cyrydol sy'n rhwystro gwelliant pellach ym mhurdeb deunydd GaN.

HVPE-GaN wedi'i dopio â Si

(a) Strwythur adweithydd HVPE-GaN wedi'i dopio â Si; (b) Delwedd o HVPE-GaN 800 μm o drwch wedi'i dopio â Si;

(c) Dosbarthiad crynodiad cludwr rhydd ar hyd diamedr HVPE-GaN wedi'i dopio â Si

3. Twf Epitacsial Dethol neu Dechnoleg Twf Epitacsial Ochrol

Gall y dechneg hon leihau dwysedd dadleoliad ymhellach a gwella ansawdd crisial haenau epitacsial GaN. Mae'r broses yn cynnwys:

• Dyddodi haen GaN ar swbstrad addas (saffir neu SiC).
• Dyddodi haen masg SiO₂ polygrisialog ar ei ben.
• Defnyddio ffotolithograffeg ac ysgythru i greu ffenestri GaN a stribedi masg SiO₂.Yn ystod twf dilynol, mae GaN yn tyfu'n fertigol yn y ffenestri yn gyntaf ac yna'n ochrol dros y stribedi SiO₂.

Waffer GaN-ar-Saffir XKH

4. Technoleg Pendeo-Epitacsi

Mae'r dull hwn yn lleihau diffygion dellt a achosir gan anghydweddiad dellt a thermol rhwng y swbstrad a'r haen epitacsial yn sylweddol, gan wella ansawdd crisial GaN ymhellach. Mae'r camau'n cynnwys:

• Tyfu haen epitacsial GaN ar swbstrad addas (6H-SiC neu Si) gan ddefnyddio proses dau gam.
• Perfformio ysgythriad detholus o'r haen epitacsial i lawr i'r swbstrad, gan greu strwythurau piler (GaN/byffer/swbstrad) a ffos bob yn ail.
• Tyfu haenau GaN ychwanegol, sy'n ymestyn yn ochrol o ochrau'r pileri GaN gwreiddiol, wedi'u hatal dros y ffosydd.Gan nad oes mwgwd yn cael ei ddefnyddio, mae hyn yn osgoi cyswllt rhwng GaN a deunyddiau'r mwgwd.

Waffer GaN-ar-Silicon XKH

5. Datblygu Deunyddiau Epitacsial LED UV Tonfedd Byr

Mae hyn yn gosod sylfaen gadarn ar gyfer LEDs gwyn sy'n seiliedig ar ffosffor sy'n cael eu cyffroi gan UV. Gall llawer o ffosfforau effeithlonrwydd uchel gael eu cyffroi gan olau UV, gan gynnig effeithlonrwydd goleuol uwch na'r system YAG:Ce gyfredol, a thrwy hynny wella perfformiad LED gwyn.

6. Technoleg Sglodion Ffynnon Aml-Gwantwm (MQW)

Mewn strwythurau MQW, mae gwahanol amhureddau'n cael eu dopio yn ystod twf yr haen sy'n allyrru golau i greu ffynhonnau cwantwm amrywiol. Mae ailgyfuno ffotonau a allyrrir o'r ffynhonnau hyn yn cynhyrchu golau gwyn yn uniongyrchol. Mae'r dull hwn yn gwella effeithlonrwydd goleuol, yn lleihau costau, ac yn symleiddio pecynnu a rheoli cylchedau, er ei fod yn cyflwyno heriau technegol mwy.

7. Datblygu Technoleg “Ailgylchu Ffoton”

Ym mis Ionawr 1999, datblygodd Sumitomo o Japan LED gwyn gan ddefnyddio deunydd ZnSe. Mae'r dechnoleg yn cynnwys tyfu ffilm denau CdZnSe ar swbstrad un grisial ZnSe. Pan gaiff ei drydaneiddio, mae'r ffilm yn allyrru golau glas, sy'n rhyngweithio â'r swbstrad ZnSe i gynhyrchu golau melyn cyflenwol, gan arwain at olau gwyn. Yn yr un modd, pentyrrodd Canolfan Ymchwil Ffotoneg Prifysgol Boston gyfansoddyn lled-ddargludyddion AlInGaP ar GaN-LED glas i gynhyrchu golau gwyn.

8. Llif Proses Wafer Epitacsial LED

① Gwneuthuriad Wafer Epitacsial:
Swbstrad → Dylunio strwythurol → Twf haen byffer → Twf haen GaN math-N → Twf haen allyrru golau MQW → Twf haen GaN math-P → Anelio → Profi (ffotoluminescence, pelydr-X) → Wafer epitacsial

② Gwneuthuriad Sglodion:
Waffer epitacsial → Dylunio a chynhyrchu masgiau → Ffotolithograffeg → Ysgythru ïonau → Electrod math-N (dyddodiad, anelio, ysgythru) → Electrod math-P (dyddodiad, anelio, ysgythru) → Disio → Archwilio a graddio sglodion.

Wafer GaN-ar-SiC ZMSH