Principes en processen van LED epitaxiale wafertechnologie

Uitgaande van het werkingsprincipe van LED's is het duidelijk dat epitaxiale wafermaterialen de kerncomponent van LED's zijn. Sterker nog, belangrijke opto-elektronische parameters zoals golflengte, helderheid en voorwaartse spanning worden grotendeels bepaald door het epitaxiale wafermateriaal. Epitaxiale wafertechnologie en -apparatuur zijn cruciaal voor het productieproces, waarbij Metal-Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) de belangrijkste methode is voor het kweken van dunne-laag enkelkristallen van III-V en II-VI groepverbindingen en -legeringen. Hieronder volgen enkele toekomstige trends in LED epitaxiale wafertechnologie.

1. Verbetering van het tweestaps groeiproces

Momenteel wordt in de commerciële productie een tweestaps groeiproces gebruikt, maar het aantal substraten dat tegelijkertijd kan worden geladen is beperkt. Hoewel machines met 6 wafers relatief volwassen zijn, zijn machines die ongeveer 20 wafers aankunnen nog in ontwikkeling. Het vergroten van het aantal wafers leidt vaak tot onvoldoende uniformiteit in de epitaxiale wafers. De toekomstige ontwikkeling zal zich op twee richtingen richten: ten eerste, het ontwikkelen van technologie die het mogelijk maakt om meer substraten tegelijkertijd in de reactiekamer te laden, waardoor deze meer geschikt is voor grootschalige productie en kostenreductie; ten tweede, sterk geautomatiseerde en herhaalbare single-wafer apparatuur.

2. Hydride Vapor Phase Epitaxy (HVPE) Technologie

Deze technologie maakt de snelle groei van dikke films met een lage dislocatiedichtheid mogelijk, die kunnen dienen als substraten voor homo-epitaxiale groei met behulp van andere methoden. Bovendien kunnen GaN-films die van het substraat zijn gescheiden, alternatieven worden voor bulk enkelkristal GaN-chips. HVPE heeft echter nadelen, zoals de moeilijkheid om de filmdikte nauwkeurig te controleren en de corrosieve aard van reactiegassen, wat verdere verbeteringen in de zuiverheid van GaN-materiaal belemmert.

Si-gedoteerd HVPE-GaN

(a) Structuur van Si-gedoteerde HVPE-GaN reactor; (b) Afbeelding van 800 μm dik Si-gedoteerd HVPE-GaN;

(c) Verdeling van de vrije ladingsdragerconcentratie langs de diameter van Si-gedoteerd HVPE-GaN

3. Selectieve epitaxiale groei of laterale epitaxiale groeitechnologie

Deze technologie kan de dislocatiedichtheid verder verminderen en de kristalkwaliteit van GaN epitaxiale lagen verbeteren. Het proces omvat eerst het afzetten van een laag GaN op een geschikt substraat (saffier of siliciumcarbide), gevolgd door een laag polykristallijne SiO-masker. Fotolithografie en etstechnieken worden vervolgens gebruikt om GaN-vensters en maskerstrips te creëren. Tijdens de daaropvolgende groei groeit de epitaxiale GaN eerst op de GaN-vensters en strekt zich vervolgens lateraal uit over de SiO-strips.

ZMSH's GaN-op-Saffier wafer

4. Pendeo-Epitaxy Technologie

Deze methode vermindert aanzienlijk het grote aantal roosterdefecten in epitaxiale lagen veroorzaakt door rooster- en thermische mismatch tussen het substraat en de epitaxiale laag, waardoor de kristalkwaliteit van GaN epitaxiale lagen verder wordt verbeterd. Het proces begint met het kweken van een GaN epitaxiale laag op een geschikt substraat (6H-SiC of Si) met behulp van een tweestaps proces. De epitaxiale film wordt vervolgens selectief geëtst totdat het substraat wordt blootgelegd, waardoor afwisselende kolomvormige structuren (GaN/bufferlaag/substraat) en sleuven ontstaan. De daaropvolgende GaN epitaxiale groei vindt plaats boven de sleuven, waarbij laterale epitaxiale groei plaatsvindt vanaf de zijwanden van de originele GaN epitaxiale laag. Deze methode elimineert de noodzaak van een masker, waardoor contact tussen GaN en maskermaterialen wordt vermeden.

ZMSH's GaN-op-Silicium wafer

5. Ontwikkeling van UV LED epitaxiale materialen met korte golflengte

Dit legt een solide basis voor het ontwikkelen van UV trichromatische fosfor-gebaseerde witte LED's. Veel efficiënte fosforen kunnen worden geëxciteerd door UV-licht, wat een hogere lichtopbrengst biedt dan het momenteel gebruikte YAG:Ce-systeem, waardoor de witte LED-technologie wordt bevorderd.

6. Ontwikkeling van Multi-Quantum Well (MQW) chiptechnologie

In MQW-chips worden verschillende onzuiverheden gedoteerd tijdens de groei van de lichtemitterende laag om quantum wells met verschillende structuren te creëren. De recombinatie van fotonen die uit deze quantum wells worden uitgezonden, produceert direct wit licht. Deze methode verbetert de lichtopbrengst, verlaagt de kosten en vereenvoudigt de verpakking en circuitbesturing, hoewel het grotere technische uitdagingen met zich meebrengt.

7. Ontwikkeling van "Fotonrecycling" Technologie

In januari 1999 ontwikkelde Sumitomo uit Japan een witte LED met behulp van ZnSe-materiaal. De technologie omvat het kweken van een CdZnSe-dunne film op een ZnSe enkelkristal substraat. Wanneer de film onder spanning wordt gezet, zendt deze blauw licht uit, dat interageert met het ZnSe-substraat om complementair geel licht te produceren, wat resulteert in wit licht. Evenzo plaatste het Photonics Research Center aan de Boston University in de VS een AlInGaP-halfgeleidercomposiet op een blauwe GaN-LED om wit licht te genereren.

8. LED epitaxiale waferproces

Substraat >> Structureel ontwerp >> Bufferlaaggroei >> N-type GaN-laaggroei >> MQW lichtemitterende laaggroei >> P-type GaN-laaggroei >> Uitgloeien >> Testen (Fotoluminescentie, Röntgen) >> Epitaxiale wafer

Epitaxiale wafer >> en fabricage van masker >> Fotolithografie >> Ionetsen >> N-type elektrode (afzetting, uitgloeien, etsen) >> P-type elektrode (afzetting, uitgloeien, etsen) >> Dicing >> Chip sorteren en graderen

Als professionele leverancier op het gebied van LED epitaxiale wafertechnologie biedt ZMSH uitgebreide technische oplossingen, waaronder MOCVD epitaxiale groei, HVPE dikke filmvoorbereiding, selectieve epitaxie en quantum well structuurontwerp. Wij leveren belangrijke materialen zoals saffier/SiC substraten, GaN epitaxiale wafers, UV LED materialen en ondersteunende maskers. Uitgerust met complete verwerkings- en testfaciliteiten, samen met volwassen processystemen, biedt ZMSH one-stop services, variërend van materiaalselectie en structureel ontwerp tot aangepaste verwerking, en ondersteunt onze klanten bij het bereiken van technologische innovatie en productupgrades in verlichting, display, UV-toepassingen en andere gerelateerde gebieden.

ZMSH's GaN-op-SiC wafer