از اصل کار LEDها، مشخص است که ماده ویفر اپیتاکسیال، جزء اصلی یک LED است. در واقع، پارامترهای کلیدی اپتوالکترونیکی مانند طول موج، روشنایی و ولتاژ رو به جلو تا حد زیادی توسط ماده اپیتاکسیال تعیین می‌شوند. فناوری و تجهیزات ویفر اپیتاکسیال برای فرآیند تولید بسیار مهم هستند، و رسوب بخار شیمیایی فلز-آلی (MOCVD) روش اصلی برای رشد لایه‌های نازک تک کریستالی ترکیبات III-V، II-VI و آلیاژهای آنها است. در زیر برخی از روندهای آینده در فناوری ویفر اپیتاکسیال LED آورده شده است.
۱. بهبود فرآیند رشد دو مرحله‌ای
در حال حاضر، تولید تجاری از یک فرآیند رشد دو مرحله‌ای استفاده می‌کند، اما تعداد زیرلایه‌هایی که می‌توانند به طور همزمان بارگذاری شوند محدود است. در حالی که سیستم‌های ۶ ویفر به بلوغ رسیده‌اند، ماشین‌هایی که حدود ۲۰ ویفر را مدیریت می‌کنند هنوز در حال توسعه هستند. افزایش تعداد ویفرها اغلب منجر به یکنواختی ناکافی در لایه‌های اپیتاکسیال می‌شود. پیشرفت‌های آینده بر دو جهت متمرکز خواهد بود:
- توسعه فناوری‌هایی که امکان بارگذاری زیرلایه‌های بیشتر را در یک محفظه واکنش واحد فراهم می‌کنند و آنها را برای تولید در مقیاس بزرگ و کاهش هزینه مناسب‌تر می‌کنند.
- پیشرفت در تجهیزات تک ویفر بسیار خودکار و تکرارپذیر.
۲. فناوری اپیتاکسی فاز بخار هیدریدی (HVPE)
این فناوری امکان رشد سریع لایه‌های ضخیم با چگالی نابجایی کم را فراهم می‌کند که می‌توانند به عنوان زیرلایه برای رشد همواپیتاکسی با استفاده از روش‌های دیگر عمل کنند. علاوه بر این، لایه‌های GaN جدا شده از زیرلایه ممکن است جایگزین تراشه‌های تک بلوری GaN توده‌ای شوند. با این حال، HVPE دارای معایبی مانند دشواری در کنترل دقیق ضخامت و گازهای واکنش خورنده است که مانع بهبود بیشتر در خلوص مواد GaN می‌شود.
HVPE-GaN آلاییده شده با سیلیکون
(الف) ساختار راکتور HVPE-GaN آلاییده شده با Si؛ (ب) تصویر HVPE-GaN آلاییده شده با Si با ضخامت 800 میکرومتر؛
(ج) توزیع غلظت حامل‌های آزاد در امتداد قطر HVPE-GaN آلاییده شده با Si
۳. فناوری رشد اپیتاکسیال انتخابی یا رشد اپیتاکسیال جانبی
این تکنیک می‌تواند چگالی نابجایی‌ها را بیشتر کاهش داده و کیفیت کریستالی لایه‌های اپیتاکسیال GaN را بهبود بخشد. این فرآیند شامل موارد زیر است:
- رسوب‌دهی یک لایه GaN روی یک زیرلایه مناسب (یاقوت کبود یا SiC).
- قرار دادن یک لایه ماسک SiO₂ پلی کریستالی روی سطح.
- استفاده از فوتولیتوگرافی و حکاکی برای ایجاد پنجره‌های GaN و نوارهای ماسک SiO₂.در طول رشد بعدی، GaN ابتدا به صورت عمودی در پنجره‌ها و سپس به صورت جانبی روی نوارهای SiO₂ رشد می‌کند.
ویفر GaN-on-Sapphire شرکت XKH
۴. فناوری پندو-اپیتاکسی
این روش به طور قابل توجهی نقص‌های شبکه‌ای ناشی از عدم تطابق شبکه‌ای و حرارتی بین زیرلایه و لایه اپیتاکسیال را کاهش می‌دهد و کیفیت کریستال GaN را بیشتر افزایش می‌دهد. مراحل شامل موارد زیر است:
- رشد یک لایه اپیتاکسیال GaN روی یک زیرلایه مناسب (6H-SiC یا Si) با استفاده از یک فرآیند دو مرحله‌ای.
- انجام حکاکی انتخابی لایه اپیتاکسیال تا زیرلایه، ایجاد ساختارهای ستونی (GaN/بافر/زیرلایه) و ترانشه ای متناوب.
- رشد لایه‌های GaN اضافی، که به صورت جانبی از دیواره‌های جانبی ستون‌های GaN اصلی امتداد می‌یابند و بر فراز ترانشه‌ها معلق هستند.از آنجایی که از ماسک استفاده نمی‌شود، این امر از تماس بین GaN و مواد ماسک جلوگیری می‌کند.
ویفر GaN روی سیلیکون XKH
۵. توسعه مواد اپیتکسیال UV LED با طول موج کوتاه
این امر پایه محکمی برای LED های سفید مبتنی بر فسفر تحریک شده با اشعه ماوراء بنفش ایجاد می‌کند. بسیاری از فسفرهای با راندمان بالا را می‌توان با نور UV تحریک کرد و راندمان نوری بالاتری نسبت به سیستم فعلی YAG:Ce ارائه داد و در نتیجه عملکرد LED سفید را بهبود بخشید.
۶. فناوری تراشه چند چاه کوانتومی (MQW)
در ساختارهای MQW، ناخالصی‌های مختلفی در طول رشد لایه ساطع‌کننده نور، آلاییده می‌شوند تا چاه‌های کوانتومی متفاوتی ایجاد کنند. ترکیب مجدد فوتون‌های ساطع‌شده از این چاه‌ها، نور سفید را مستقیماً تولید می‌کند. این روش، راندمان نوری را بهبود می‌بخشد، هزینه‌ها را کاهش می‌دهد و بسته‌بندی و کنترل مدار را ساده می‌کند، اگرچه چالش‌های فنی بیشتری را به همراه دارد.
۷. توسعه فناوری «بازیافت فوتون»
در ژانویه ۱۹۹۹، شرکت سومیتومو ژاپن با استفاده از ماده ZnSe یک LED سفید تولید کرد. این فناوری شامل رشد یک لایه نازک CdZnSe روی یک زیرلایه تک کریستالی ZnSe است. این لایه هنگام برق‌رسانی، نور آبی ساطع می‌کند که با زیرلایه ZnSe در تعامل است و نور زرد مکمل را تولید می‌کند و در نتیجه نور سفید تولید می‌شود. به طور مشابه، مرکز تحقیقات فوتونیک دانشگاه بوستون یک ترکیب نیمه‌هادی AlInGaP را روی یک GaN-LED آبی قرار داد تا نور سفید تولید کند.
8. جریان فرآیند ویفر اپیتکسیال LED
① ساخت ویفر اپیتکسیال:
زیرلایه → طراحی سازه → رشد لایه بافر → رشد لایه GaN نوع N → رشد لایه ساطع کننده نور MQW → رشد لایه GaN نوع P → آنیل → آزمایش (فوتولومینسانس، اشعه ایکس) → ویفر اپیتکسیال
② ساخت تراشه:
ویفر اپیتکسیال → طراحی و ساخت ماسک → لیتوگرافی نوری → حکاکی یونی → الکترود نوع N (رسوب، آنیل، حکاکی) → الکترود نوع P (رسوب، آنیل، حکاکی) → برش → بازرسی و درجه‌بندی تراشه.
ویفر GaN-on-SiC شرکت ZMSH
زمان ارسال: ۲۵ ژوئیه ۲۰۲۵