З прынцыпу працы святлодыёдаў відавочна, што матэрыял эпітаксіяльнай пласціны з'яўляецца асноўным кампанентам святлодыёда. Фактычна, ключавыя оптаэлектронныя параметры, такія як даўжыня хвалі, яркасць і прамое напружанне, у значнай ступені вызначаюцца эпітаксіяльным матэрыялам. Тэхналогія эпітаксіяльных пласцін і абсталяванне маюць вырашальнае значэнне для вытворчага працэсу, прычым металаарганічнае хімічнае асаджэнне з паравой фазы (MOCVD) з'яўляецца асноўным метадам вырошчвання тонкіх монакрышталічных слаёў злучэнняў III-V, II-VI і іх сплаваў. Ніжэй прыведзены некаторыя будучыя тэндэнцыі ў тэхналогіі эпітаксіяльных пласцін святлодыёдаў.
1. Удасканаленне двухэтапнага працэсу росту
У цяперашні час у камерцыйнай вытворчасці выкарыстоўваецца двухэтапны працэс росту, але колькасць падкладак, якія можна загрузіць адначасова, абмежаваная. У той час як сістэмы з 6 пласцінамі з'яўляюцца дасканалымі, машыны, якія апрацоўваюць каля 20 пласцін, усё яшчэ знаходзяцца ў стадыі распрацоўкі. Павелічэнне колькасці пласцін часта прыводзіць да недастатковай аднастайнасці эпітаксіяльных слаёў. Будучыя распрацоўкі будуць сканцэнтраваны на двух напрамках:
- Распрацоўка тэхналогій, якія дазваляюць загружаць больш субстратаў у адну рэакцыйную камеру, што робіць іх больш прыдатнымі для маштабнай вытворчасці і зніжэння выдаткаў.
- Удасканаленне высокааўтаматызаванага, паўтаральнага абсталявання для вырабу адной пласціны.
2. Тэхналогія гідрыднай парафазнай эпітаксіі (HVPE)
Гэтая тэхналогія дазваляе хутка расці тоўстыя плёнкі з нізкай шчыльнасцю дыслакацый, якія могуць служыць падкладкамі для гомаэпітаксіяльнага росту з выкарыстаннем іншых метадаў. Акрамя таго, плёнкі GaN, аддзеленыя ад падкладкі, могуць стаць альтэрнатывай аб'ёмным монакрышталічным чыпам GaN. Аднак HVPE мае недахопы, такія як цяжкасці з дакладным кантролем таўшчыні і агрэсіўныя рэакцыйныя газы, якія перашкаджаюць далейшаму паляпшэнню чысціні матэрыялу GaN.
HVPE-GaN, легаваны крэмніем
(a) Структура рэактара HVPE-GaN, легаванага крэмніем; (b) Выява HVPE-GaN, легаванага крэмніем, таўшчынёй 800 мкм;
(c) Размеркаванне канцэнтрацыі свабодных носьбітаў зараду ўздоўж дыяметра легаванага крэмніем HVPE-GaN
3. Тэхналогія селектыўнага эпітаксіяльнага росту або бакавога эпітаксіяльнага росту
Гэтая методыка можа яшчэ больш знізіць шчыльнасць дыслакацый і палепшыць якасць крышталяў эпітаксіяльных слаёў GaN. Працэс уключае ў сябе:
- Нанясенне пласта GaN на прыдатную падкладку (сапфір або SiC).
- Нанясенне зверху пласта полікрышталічнай маскі SiO₂.
- Выкарыстанне фоталітаграфіі і травлення для стварэння вокнаў GaN і маскіруючых палосак SiO₂.Падчас наступнага росту GaN спачатку расце вертыкальна ў вокнах, а затым латэральна па палосках SiO₂.
Пласціна GaN на сапфіры ад XKH
4. Тэхналогія пендэа-эпітаксіі
Гэты метад значна памяншае дэфекты рашоткі, выкліканыя неадпаведнасцю рашоткі і тэмпературы паміж падкладкай і эпітаксіяльным пластом, што яшчэ больш паляпшае якасць крышталяў GaN. Этапы ўключаюць:
- Вырошчванне эпітаксіяльнага пласта GaN на падыходнай падкладцы (6H-SiC або Si) з выкарыстаннем двухэтапнага працэсу.
- Выкананне селектыўнага травлення эпітаксіяльнага пласта аж да падкладкі, стварэнне чаргуючыхся слупковых (GaN/буфер/падкладка) і траншэйных структур.
- Рост дадатковых слаёў GaN, якія распасціраюцца ў бакі ад бакавых сценак зыходных слупоў GaN, падвешаных над траншэямі.Паколькі маска не выкарыстоўваецца, гэта дазваляе пазбегнуць кантакту паміж GaN і матэрыяламі маскі.
GaN-на-крэмніевай пласціне ад XKH
5. Распрацоўка эпітаксіяльных матэрыялаў для караткахвалевых УФ-святлодыёдаў
Гэта закладвае трывалую аснову для белых святлодыёдаў на аснове люмінафора з УФ-узбуджэннем. Многія высокаэфектыўныя люмінафоры могуць узбуджацца УФ-святлом, забяспечваючы больш высокую святлоаддачу, чым існуючая сістэма YAG:Ce, тым самым паляпшаючы прадукцыйнасць белых святлодыёдаў.
6. Тэхналогія чыпаў з некалькімі квантавымі свідравінамі (MQW)
У структурах MQW розныя прымешкі легуюцца падчас росту святловыпрамяняльнага слоя для стварэння розных квантавых ям. Рэкамбінацыя фатонаў, якія выпраменьваюцца з гэтых ям, непасрэдна стварае белае святло. Гэты метад паляпшае светлавую эфектыўнасць, зніжае выдаткі і спрашчае ўпакоўку і кіраванне схемай, хоць і стварае большыя тэхнічныя праблемы.
7. Распрацоўка тэхналогіі «перапрацоўкі фатонаў»
У студзені 1999 года японская кампанія Sumitomo распрацавала белы святлодыёд з выкарыстаннем матэрыялу ZnSe. Тэхналогія прадугледжвае вырошчванне тонкай плёнкі CdZnSe на монакрышталічнай падкладцы ZnSe. Пры электрызацыі плёнка выпраменьвае сіняе святло, якое ўзаемадзейнічае з падкладкай ZnSe, ствараючы дадатковае жоўтае святло, у выніку чаго ўтвараецца белае святло. Падобным чынам, Даследчы цэнтр фатонікі Бостанскага ўніверсітэта размясціў паўправадніковае злучэнне AlInGaP на сінім GaN-святлодыёдзе для генерацыі белага святла.
8. Працэс вытворчасці эпітаксіяльных пласцін на святлодыёдах
① Выраб эпітаксіяльных пласцін:
Падкладка → Структурная канструкцыя → Рост буфернага пласта → Рост пласта GaN N-тыпу → Рост святловыпрамяняльнага пласта MQW → Рост пласта GaN P-тыпу → Адпал → Тэставанне (фоталюмінесцэнцыя, рэнтгенаўскае выпраменьванне) → Эпітаксіяльная пласціна
② Выраб мікрасхем:
Эпітаксіяльная пласціна → Распрацоўка і выраб маскі → Фоталітаграфія → Іоннае травленне → Электрод тыпу N (асаджэнне, адпал, травленне) → Электрод тыпу P (асаджэнне, адпал, травленне) → Нарэзка → Праверка і класіфікацыя чыпа.
Пласціна GaN на SiC ад ZMSH
Час публікацыі: 25 ліпеня 2025 г.