Из принципа рада ЛЕД диода, очигледно је да је материјал епитаксијалне плочице основна компонента ЛЕД диоде. У ствари, кључни оптоелектронски параметри као што су таласна дужина, осветљеност и директни напон у великој мери су одређени епитаксијалним материјалом. Технологија и опрема епитаксијалне плочице су кључне за процес производње, при чему је метално-органско хемијско таложење из парне фазе (MOCVD) примарна метода за узгој танких монокристалних слојева III-V, II-VI једињења и њихових легура. У наставку су наведени неки будући трендови у технологији епитаксијалне плочице ЛЕД диода.
1. Унапређење двостепеног процеса раста
Тренутно, комерцијална производња користи двостепени процес раста, али је број подлога које се могу истовремено учитати ограничен. Док су системи са 6 плочица зрели, машине које обрађују око 20 плочица су још увек у развоју. Повећање броја плочица често доводи до недовољне униформности у епитаксијалним слојевима. Будући развој ће се фокусирати на два правца:
- Развој технологија које омогућавају утовар више супстрата у једну реакциону комору, што их чини погоднијим за производњу великих размера и смањење трошкова.
- Унапређење високо аутоматизоване, понављајуће опреме за производњу појединачних плочица.
2. Технологија епитаксе парне фазе хидрида (HVPE)
Ова технологија омогућава брз раст дебелих филмова са ниском густином дислокација, који могу послужити као подлоге за хомоепитаксијални раст коришћењем других метода. Поред тога, GaN филмови одвојени од подлоге могу постати алтернатива за чипове монокристалног GaN материјала у великој мери. Међутим, HVPE има недостатке, као што су тешкоће у прецизној контроли дебљине и корозивни реакциони гасови који ометају даље побољшање чистоће GaN материјала.
Si-допирани HVPE-GaN
(а) Структура HVPE-GaN реактора допираног Si; (б) Слика HVPE-GaN реактора допираног Si дебљине 800 μm;
(ц) Расподела концентрације слободних носилаца дуж пречника HVPE-GaN допираног Si
3. Селективни епитаксијални раст или технологија латералног епитаксијалног раста
Ова техника може додатно смањити густину дислокација и побољшати квалитет кристала GaN епитаксијалних слојева. Процес укључује:
- Наношење GaN слоја на одговарајућу подлогу (сафир или SiC).
- Наношење поликристалног SiO₂ маскиног слоја на врх.
- Коришћење фотолитографије и нагризања за креирање GaN прозора и SiO₂ маскирних трака.Током накнадног раста, GaN прво расте вертикално у прозорима, а затим бочно преко SiO₂ трака.
XKH-ова GaN-на-сафирној плочици
4. Пендео-епитаксијска технологија
Ова метода значајно смањује дефекте решетке изазване неусклађеношћу решетке и топлоте између подлоге и епитаксијалног слоја, додатно побољшавајући квалитет GaN кристала. Кораци укључују:
- Узгајање GaN епитаксијалног слоја на одговарајућој подлози (6H-SiC или Si) коришћењем двостепеног процеса.
- Вршење селективног нагризања епитаксијалног слоја до подлоге, стварајући наизменичне стубне (GaN/бафер/подлога) и ровске структуре.
- Узгој додатних GaN слојева, који се протежу бочно од бочних зидова оригиналних GaN стубова, окачених преко ровова.Пошто се не користи маска, избегава се контакт између GaN и материјала маске.
XKH-ова GaN-на-силицијумској плочици
5. Развој епитаксијалних материјала са краткоталасним УВ ЛЕД диодама
Ово поставља чврсте темеље за беле ЛЕД диоде на бази фосфора побуђене УВ зрачењем. Многи високоефикасни фосфори могу се побуђивати УВ светлошћу, нудећи већу светлосну ефикасност од тренутног YAG:Ce система, чиме се унапређују перформансе белих ЛЕД диода.
6. Технологија чипова са вишеквантним бунаром (MQW)
У MQW структурама, различите нечистоће се допирају током раста слоја који емитује светлост како би се створили различити квантни бунари. Рекомбинација фотона емитованих из ових бунара директно производи белу светлост. Ова метода побољшава светлосну ефикасност, смањује трошкове и поједностављује паковање и контролу кола, иако представља веће техничке изазове.
7. Развој технологије „рециклаже фотона“
У јануару 1999. године, јапанска компанија Сумитомо развила је белу ЛЕД диоду користећи ZnSe материјал. Технологија подразумева узгој танког CdZnSe филма на ZnSe монокристалној подлози. Када се наелектрише, филм емитује плаву светлост, која интерагује са ZnSe подлогом и производи комплементарну жуту светлост, што резултира белом светлошћу. Слично томе, Центар за истраживање фотонике Универзитета у Бостону сложио је полупроводничко једињење AlInGaP на плаву GaN-ЛЕД диоду да би генерисао белу светлост.
8. Ток процеса ЛЕД епитаксијалне плочице
① Израда епитаксијалне плочице:
Подлога → Структурни дизајн → Раст баферског слоја → Раст слоја N-типа GaN → Раст слоја који емитује светлост MQW → Раст слоја P-типа GaN → Жарење → Тестирање (фотолуминисценција, рендген) → Епитаксијална плочица
② Израда чипова:
Епитаксијална плочица → Дизајн и израда маске → Фотолитографија → Јонско нагризање → N-тип електроде (таложење, жарење, нагризање) → P-тип електроде (таложење, жарење, нагризање) → Сечење → Инспекција и градација чипа.
ЗМСХ-ова GaN-на-SiC плочица
Време објаве: 25. јул 2025.