एलईडी एपिटेक्सियल वेफर्सको प्राविधिक सिद्धान्त र प्रक्रियाहरू

LED को कार्य सिद्धान्तबाट, यो स्पष्ट हुन्छ कि एपिटेक्सियल वेफर सामग्री LED को मुख्य घटक हो। वास्तवमा, तरंगदैर्ध्य, चमक, र अगाडि भोल्टेज जस्ता प्रमुख अप्टोइलेक्ट्रोनिक प्यारामिटरहरू धेरै हदसम्म एपिटेक्सियल सामग्री द्वारा निर्धारण गरिन्छ। एपिटेक्सियल वेफर प्रविधि र उपकरणहरू निर्माण प्रक्रियाको लागि महत्त्वपूर्ण छन्, धातु-अर्गानिक रासायनिक भाप निक्षेपण (MOCVD) III-V, II-VI यौगिकहरू, र तिनीहरूका मिश्र धातुहरूको पातलो एकल-क्रिस्टल तहहरू बढाउनको लागि प्राथमिक विधि हो। तल LED एपिटेक्सियल वेफर प्रविधिमा केही भविष्यका प्रवृत्तिहरू छन्।

१. दुई-चरण वृद्धि प्रक्रियाको सुधार

हाल, व्यावसायिक उत्पादनले दुई-चरण वृद्धि प्रक्रिया प्रयोग गर्दछ, तर एकैचोटि लोड गर्न सकिने सब्सट्रेटहरूको संख्या सीमित छ। ६-वेफर प्रणालीहरू परिपक्व भए पनि, लगभग २० वेफरहरू ह्यान्डल गर्ने मेसिनहरू अझै विकासको क्रममा छन्। वेफरहरूको संख्या बढाउँदा प्रायः एपिटेक्सियल तहहरूमा अपर्याप्त एकरूपता हुन्छ। भविष्यका विकासहरू दुई दिशाहरूमा केन्द्रित हुनेछन्:

• एउटै प्रतिक्रिया कक्षमा धेरै सब्सट्रेटहरू लोड गर्न अनुमति दिने प्रविधिहरू विकास गर्दै, तिनीहरूलाई ठूलो मात्रामा उत्पादन र लागत घटाउनको लागि अझ उपयुक्त बनाउँछ।
• अत्यधिक स्वचालित, दोहोरिने एकल-वेफर उपकरणहरूको उन्नति।

२. हाइड्राइड भाप चरण एपिटेक्सी (HVPE) प्रविधि

यो प्रविधिले कम विस्थापन घनत्व भएका बाक्लो फिल्महरूको द्रुत वृद्धिलाई सक्षम बनाउँछ, जसले अन्य विधिहरू प्रयोग गरेर होमियोपिटाक्सियल वृद्धिको लागि सब्सट्रेटको रूपमा काम गर्न सक्छ। थप रूपमा, सब्सट्रेटबाट अलग गरिएका GaN फिल्महरू बल्क GaN एकल-क्रिस्टल चिप्सको विकल्प बन्न सक्छन्। यद्यपि, HVPE मा कमजोरीहरू छन्, जस्तै सटीक मोटाई नियन्त्रणमा कठिनाई र GaN सामग्री शुद्धतामा थप सुधारमा बाधा पुर्‍याउने संक्षारक प्रतिक्रिया ग्यासहरू।

सि-डोपेड HVPE-GaN

(क) Si-डोपेड HVPE-GaN रिएक्टरको संरचना; (ख) ८०० μm- बाक्लो Si-डोपेड HVPE-GaN को छवि;

(ग) Si-डोपेड HVPE-GaN को व्याससँगै मुक्त वाहक सांद्रताको वितरण

३. छनौटात्मक एपिटेक्सियल वृद्धि वा पार्श्व एपिटेक्सियल वृद्धि प्रविधि

यो प्रविधिले विस्थापन घनत्वलाई अझ कम गर्न सक्छ र GaN एपिटेक्सियल तहहरूको क्रिस्टल गुणस्तर सुधार गर्न सक्छ। प्रक्रियामा समावेश छ:

• उपयुक्त सब्सट्रेट (नीलम वा SiC) मा GaN तह जम्मा गर्दै।
• माथि पोलिक्रिस्टलाइन SiO₂ मास्क तह जम्मा गर्दै।
• GaN विन्डोज र SiO₂ मास्क स्ट्रिपहरू सिर्जना गर्न फोटोलिथोग्राफी र एचिङ प्रयोग गर्दै।त्यसपछिको वृद्धिको क्रममा, GaN पहिले झ्यालहरूमा ठाडो रूपमा बढ्छ र त्यसपछि SiO₂ स्ट्रिपहरूमाथि पार्श्व रूपमा बढ्छ।

XKH को GaN-on-Sapphire वेफर

४. पेन्डियो-एपिटाक्सी प्रविधि

यो विधिले सब्सट्रेट र एपिटेक्सियल तह बीचको जाली र थर्मल बेमेलको कारणले हुने जाली दोषहरूलाई उल्लेखनीय रूपमा कम गर्छ, जसले गर्दा GaN क्रिस्टलको गुणस्तर अझ बढ्छ। चरणहरू समावेश छन्:

• दुई-चरण प्रक्रिया प्रयोग गरेर उपयुक्त सब्सट्रेट (6H-SiC वा Si) मा GaN एपिटेक्सियल तह बढाउने।
• एपिटेक्सियल तहको सब्सट्रेटसम्म चयनात्मक नक्काशी गर्ने, वैकल्पिक स्तम्भ (GaN/बफर/सब्सट्रेट) र खाडल संरचनाहरू सिर्जना गर्ने।
• खाडलहरूमाथि झुन्डिएका मूल GaN स्तम्भहरूको साइडवालबाट पार्श्व रूपमा फैलिएका थप GaN तहहरू बढाउँदै।कुनै पनि मास्क प्रयोग नगरिएको हुनाले, यसले GaN र मास्क सामग्रीहरू बीचको सम्पर्कबाट बचाउँछ।

XKH को GaN-on-सिलिकन वेफर

५. छोटो-तरंगदैर्ध्य UV LED एपिटेक्सियल सामग्रीको विकास

यसले UV-उत्तेजित फस्फर-आधारित सेतो LEDs को लागि बलियो जग बसाल्छ। धेरै उच्च-दक्षता फस्फरहरू UV प्रकाशद्वारा उत्तेजित हुन सक्छन्, जसले हालको YAG:Ce प्रणाली भन्दा उच्च चमकदार दक्षता प्रदान गर्दछ, जसले गर्दा सेतो LED प्रदर्शनलाई अगाडि बढाउँछ।

६. मल्टी-क्वान्टम वेल (MQW) चिप प्रविधि

MQW संरचनाहरूमा, प्रकाश उत्सर्जक तहको वृद्धिको क्रममा विभिन्न अशुद्धताहरू डोप गरिन्छन् जसले गर्दा विभिन्न क्वान्टम इनारहरू सिर्जना हुन्छन्। यी इनारहरूबाट उत्सर्जित फोटोनहरूको पुनर्संयोजनले प्रत्यक्ष रूपमा सेतो प्रकाश उत्पादन गर्छ। यो विधिले उज्यालो दक्षता सुधार गर्छ, लागत घटाउँछ, र प्याकेजिङ र सर्किट नियन्त्रणलाई सरल बनाउँछ, यद्यपि यसले ठूला प्राविधिक चुनौतीहरू प्रस्तुत गर्दछ।

७. “फोटोन रिसाइक्लिङ्ग” प्रविधिको विकास

जनवरी १९९९ मा, जापानको सुमितोमोले ZnSe सामग्री प्रयोग गरेर सेतो LED विकास गर्‍यो। यस प्रविधिमा ZnSe एकल-क्रिस्टल सब्सट्रेटमा CdZnSe पातलो फिल्म बढाउनु समावेश छ। विद्युतीकरण गर्दा, फिल्मले नीलो प्रकाश उत्सर्जन गर्छ, जसले ZnSe सब्सट्रेटसँग अन्तरक्रिया गरेर पूरक पहेंलो प्रकाश उत्पादन गर्छ, जसको परिणामस्वरूप सेतो प्रकाश निस्कन्छ। त्यस्तै गरी, बोस्टन विश्वविद्यालयको फोटोनिक्स अनुसन्धान केन्द्रले सेतो प्रकाश उत्पन्न गर्न नीलो GaN-LED मा AlInGaP अर्धचालक कम्पाउन्ड राख्यो।

८. एलईडी एपिटेक्सियल वेफर प्रक्रिया प्रवाह

① एपिटेक्सियल वेफर निर्माण:
सब्सट्रेट → संरचनात्मक डिजाइन → बफर तह वृद्धि → N-प्रकार GaN तह वृद्धि → MQW प्रकाश-उत्सर्जक तह वृद्धि → P-प्रकार GaN तह वृद्धि → एनिलिंग → परीक्षण (फोटोल्युमिनेसेन्स, एक्स-रे) → एपिटेक्सियल वेफर

② चिप निर्माण:
एपिटेक्सियल वेफर → मास्क डिजाइन र निर्माण → फोटोलिथोग्राफी → आयन एचिंग → एन-टाइप इलेक्ट्रोड (डिपोजिसन, एनिलिङ, एचिंग) → पी-टाइप इलेक्ट्रोड (डिपोजिसन, एनिलिङ, एचिंग) → डाइसिङ → चिप निरीक्षण र ग्रेडिङ।

ZMSH को GaN-on-SiC वेफर