LED-ების მუშაობის პრინციპიდან აშკარაა, რომ ეპიტაქსიური ვაფლის მასალა LED-ის ძირითადი კომპონენტია. სინამდვილეში, ისეთი ძირითადი ოპტოელექტრონული პარამეტრები, როგორიცაა ტალღის სიგრძე, სიკაშკაშე და პირდაპირი ძაბვა, დიდწილად განისაზღვრება ეპიტაქსიური მასალით. ეპიტაქსიური ვაფლის ტექნოლოგია და აღჭურვილობა კრიტიკულად მნიშვნელოვანია წარმოების პროცესისთვის, ხოლო ლითონ-ორგანული ქიმიური ორთქლის დეპონირება (MOCVD) წარმოადგენს III-V, II-VI ნაერთების და მათი შენადნობების თხელი ერთკრისტალური ფენების ზრდის ძირითად მეთოდს. ქვემოთ მოცემულია LED ეპიტაქსიური ვაფლის ტექნოლოგიის რამდენიმე სამომავლო ტენდენცია.
1. ორეტაპიანი ზრდის პროცესის გაუმჯობესება
ამჟამად, კომერციული წარმოება იყენებს ორეტაპიან ზრდის პროცესს, თუმცა ერთდროულად ჩატვირთვისთვის განკუთვნილი სუბსტრატების რაოდენობა შეზღუდულია. მიუხედავად იმისა, რომ 6-ვაფლის სისტემები უკვე განვითარებულია, დაახლოებით 20 ვაფლის დამუშავების მანქანები ჯერ კიდევ შემუშავების პროცესშია. ვაფლების რაოდენობის გაზრდა ხშირად იწვევს ეპიტაქსიური ფენების არასაკმარის ერთგვაროვნებას. მომავალი განვითარება ორი მიმართულებით იქნება ფოკუსირებული:
- ისეთი ტექნოლოგიების შემუშავება, რომლებიც საშუალებას იძლევა ერთ რეაქციის კამერაში მეტი სუბსტრატის ჩატვირთვა, რაც მათ უფრო შესაფერისს ხდის ფართომასშტაბიანი წარმოებისთვის და ხარჯების შემცირებისთვის.
- მაღალავტომატური, განმეორებადი ერთვაფლიანი აღჭურვილობის განვითარება.
2. ჰიდრიდული ორთქლის ფაზური ეპიტაქსიის (HVPE) ტექნოლოგია
ეს ტექნოლოგია საშუალებას იძლევა სქელი ფენების სწრაფი ზრდისა დაბალი დისლოკაციის სიმკვრივით, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც სუბსტრატები ჰომეოეპიტაქსიური ზრდისთვის სხვა მეთოდების გამოყენებით. გარდა ამისა, სუბსტრატიდან გამოყოფილი GaN ფენები შეიძლება გახდეს მოცულობითი GaN მონოკრისტალური ჩიპების ალტერნატივა. თუმცა, HVPE-ს აქვს ნაკლოვანებები, როგორიცაა სისქის ზუსტი კონტროლის სირთულე და კოროზიული რეაქციის აირები, რომლებიც ხელს უშლის GaN მასალის სისუფთავის შემდგომ გაუმჯობესებას.
Si-დოპირებული HVPE-GaN
(ა) Si-ით დოპირებული HVPE-GaN რეაქტორის სტრუქტურა; (ბ) 800 მკმ სისქის Si-ით დოპირებული HVPE-GaN რეაქტორის გამოსახულება;
(გ) თავისუფალი მატარებლის კონცენტრაციის განაწილება Si-დოპირებული HVPE-GaN-ის დიამეტრის გასწვრივ
3. შერჩევითი ეპიტაქსიური ზრდის ან ლატერალური ეპიტაქსიური ზრდის ტექნოლოგია
ამ ტექნიკას შეუძლია კიდევ უფრო შეამციროს დისლოკაციის სიმკვრივე და გააუმჯობესოს GaN ეპიტაქსიური ფენების კრისტალური ხარისხი. პროცესი მოიცავს:
- GaN ფენის დატანა შესაბამის სუბსტრატზე (საფირონი ან SiC).
- პოლიკრისტალური SiO₂ ნიღბის ფენის ზემოდან დატანა.
- ფოტოლიტოგრაფიისა და გრავირების გამოყენება GaN ფანჯრებისა და SiO₂ ნიღბის ზოლების შესაქმნელად.შემდგომი ზრდის დროს, GaN ჯერ ვერტიკალურად იზრდება ფანჯრებში, შემდეგ კი გვერდითად SiO₂ ზოლებზე.
XKH-ის GaN-ზე-საფირონის ვაფლი
4. პენდეო-ეპიტაქსიის ტექნოლოგია
ეს მეთოდი მნიშვნელოვნად ამცირებს ბადისებრი გისოსის დეფექტებს, რომლებიც გამოწვეულია ბადისებრი გისოსით და თერმული შეუსაბამობით სუბსტრატსა და ეპიტაქსიურ ფენას შორის, რაც კიდევ უფრო აუმჯობესებს GaN კრისტალის ხარისხს. ნაბიჯები მოიცავს:
- GaN ეპიტაქსიური ფენის გაზრდა შესაბამის სუბსტრატზე (6H-SiC ან Si) ორეტაპიანი პროცესის გამოყენებით.
- ეპიტაქსიალური ფენის შერჩევითი გრავირება სუბსტრატამდე, სვეტების (GaN/ბუფერი/სუბსტრატი) და თხრილის სტრუქტურების მონაცვლეობით შექმნა.
- თხრილებზე ჩამოკიდებული, ორიგინალური GaN სვეტების გვერდითი კედლებიდან განივად ვრცელდება GaN-ის დამატებითი ფენების ზრდა.რადგან ნიღაბი არ გამოიყენება, ეს თავიდან აიცილებს GaN-სა და ნიღბის მასალებს შორის კონტაქტს.
XKH-ის GaN-on-Silicon ვაფლი
5. მოკლეტალღის სიგრძის ულტრაიისფერი LED ეპიტაქსიური მასალების შემუშავება
ეს მყარ საფუძველს უყრის ულტრაიისფერი გამოსხივებით აღგზნებული ფოსფორზე დაფუძნებული თეთრი LED-ების შექმნას. ბევრი მაღალეფექტური ფოსფორის აღგზნება შესაძლებელია ულტრაიისფერი გამოსხივებით, რაც უზრუნველყოფს უფრო მაღალ სინათლის ეფექტურობას, ვიდრე მიმდინარე YAG:Ce სისტემა, რითაც აუმჯობესებს თეთრი LED-ების მუშაობას.
6. მრავალკვანტური ჭაბურღილის (MQW) ჩიპური ტექნოლოგია
MQW სტრუქტურებში, სინათლის გამოსხივების ფენის ზრდის დროს სხვადასხვა მინარევები დოპირდება სხვადასხვა კვანტური ჭების შესაქმნელად. ამ ჭებიდან გამოსხივებული ფოტონების რეკომბინაცია პირდაპირ წარმოქმნის თეთრ სინათლეს. ეს მეთოდი აუმჯობესებს სინათლის ეფექტურობას, ამცირებს ხარჯებს და ამარტივებს შეფუთვას და წრედის კონტროლს, თუმცა უფრო დიდ ტექნიკურ სირთულეებს წარმოშობს.
7. „ფოტონების გადამუშავების“ ტექნოლოგიის შემუშავება
1999 წლის იანვარში იაპონურმა კომპანია „სუმიტომ“ შეიმუშავა თეთრი LED, რომელიც იყენებს ZnSe მასალას. ტექნოლოგია გულისხმობს CdZnSe თხელი ფენის გაზრდას ZnSe ერთკრისტალურ სუბსტრატზე. ელექტრიფიცირებისას, ფენა ასხივებს ლურჯ სინათლეს, რომელიც ურთიერთქმედებს ZnSe სუბსტრატთან და წარმოქმნის დამატებით ყვითელ სინათლეს, რაც იწვევს თეთრ სინათლეს. ანალოგიურად, ბოსტონის უნივერსიტეტის ფოტონიკის კვლევის ცენტრმა ლურჯი GaN-LED-ზე დააწყო AlInGaP ნახევარგამტარული ნაერთი თეთრი სინათლის გენერირებისთვის.
8. LED ეპიტაქსიური ვაფლის პროცესის ნაკადი
① ეპიტაქსიური ვაფლის დამზადება:
სუბსტრატი → სტრუქტურული დიზაინი → ბუფერული ფენის ზრდა → N-ტიპის GaN ფენის ზრდა → MQW სინათლის გამოსხივების ფენის ზრდა → P-ტიპის GaN ფენის ზრდა → გახურება → ტესტირება (ფოტოლუმინესცენცია, რენტგენი) → ეპიტაქსიური ვაფლი
② ჩიპების დამზადება:
ეპიტაქსიური ვაფლი → ნიღბის დიზაინი და დამზადება → ფოტოლითოგრაფია → იონური გრავირება → N-ტიპის ელექტროდი (დალექვა, გამოწვა, გრავირება) → P-ტიპის ელექტროდი (დალექვა, გამოწვა, გრავირება) → კუბიკებად დაჭრა → ჩიპების შემოწმება და კლასიფიკაცია.
ZMSH-ის GaN-on-SiC ვაფლი
გამოქვეყნების დრო: 2025 წლის 25 ივლისი