LED'lerin çalışma prensibinden de anlaşılacağı üzere, epitaksiyel gofret malzemesi LED'in temel bileşenidir. Aslında, dalga boyu, parlaklık ve ileri gerilim gibi önemli optoelektronik parametreler büyük ölçüde epitaksiyel malzeme tarafından belirlenir. Epitaksiyel gofret teknolojisi ve ekipmanı, üretim sürecinde kritik öneme sahiptir ve Metal-Organik Kimyasal Buhar Biriktirme (MOCVD), III-V, II-VI bileşiklerinin ve alaşımlarının ince tek kristal katmanlarının yetiştirilmesinde kullanılan başlıca yöntemdir. Aşağıda, LED epitaksiyel gofret teknolojisindeki bazı gelecek trendler yer almaktadır.
1. İki Aşamalı Büyüme Sürecinin İyileştirilmesi
Şu anda ticari üretimde iki aşamalı bir büyüme süreci kullanılmaktadır, ancak aynı anda yüklenebilen alt tabaka sayısı sınırlıdır. 6 wafer'lık sistemler olgunlaşmış olsa da, yaklaşık 20 wafer'ı işleyebilen makineler hala geliştirme aşamasındadır. Wafer sayısının artırılması genellikle epitaksiyel katmanlarda yetersiz homojenliğe yol açmaktadır. Gelecekteki gelişmeler iki yöne odaklanacaktır:
- Tek bir reaksiyon odasına daha fazla substrat yüklenmesine olanak tanıyan, böylece büyük ölçekli üretime ve maliyet düşürmeye daha uygun hale getiren teknolojiler geliştiriyoruz.
- Yüksek otomasyonlu, tekrarlanabilir tekli wafer ekipmanlarının geliştirilmesi.
2. Hidrit Buhar Fazı Epitaksi (HVPE) Teknolojisi
Bu teknoloji, düşük dislokasyon yoğunluğuna sahip kalın filmlerin hızlı büyümesini sağlar ve bu filmler, diğer yöntemler kullanılarak homoepitaksiyel büyüme için alt tabaka görevi görebilir. Ek olarak, alt tabakadan ayrılan GaN filmleri, yığın GaN tek kristal çiplerine alternatif olabilir. Bununla birlikte, HVPE'nin hassas kalınlık kontrolündeki zorluk ve aşındırıcı reaksiyon gazları gibi dezavantajları vardır; bu da GaN malzeme saflığında daha fazla iyileşmeyi engeller.
Si katkılı HVPE-GaN
(a) Si katkılı HVPE-GaN reaktörünün yapısı; (b) 800 μm kalınlığındaki Si katkılı HVPE-GaN görüntüsü;
(c) Si katkılı HVPE-GaN'nin çapı boyunca serbest taşıyıcı konsantrasyonunun dağılımı
3. Seçici Epitaksiyel Büyüme veya Yanal Epitaksiyel Büyüme Teknolojisi
Bu teknik, dislokasyon yoğunluğunu daha da azaltabilir ve GaN epitaksiyel katmanlarının kristal kalitesini iyileştirebilir. İşlem şu adımları içerir:
- Uygun bir alt tabaka (safir veya SiC) üzerine GaN katmanı biriktirilmesi.
- Üzerine çok kristalli SiO₂ maske tabakası yerleştirilmesi.
- Fotolitografi ve aşındırma yöntemleri kullanılarak GaN pencereleri ve SiO₂ maske şeritleri oluşturulması.Sonraki büyüme sürecinde, GaN önce pencerelerde dikey olarak, ardından SiO₂ şeritlerinin üzerinde yatay olarak büyür.
XKH'nin GaN-on-Sapphire gofret
4. Pendeo-Epitaksi Teknolojisi
Bu yöntem, alt tabaka ve epitaksiyel katman arasındaki kafes ve termal uyumsuzluktan kaynaklanan kafes kusurlarını önemli ölçüde azaltarak GaN kristal kalitesini daha da artırır. Adımlar şunlardır:
- İki aşamalı bir işlem kullanılarak uygun bir alt tabaka (6H-SiC veya Si) üzerine GaN epitaksiyel tabakası büyütülmesi.
- Epitaksiyel katmanın alt tabakaya kadar seçici aşındırılması işlemi gerçekleştirilerek, alternatif sütun (GaN/ara katman/alt tabaka) ve hendek yapıları oluşturulur.
- Orijinal GaN sütunlarının yan duvarlarından yanal olarak uzanan ve hendeklerin üzerinde asılı duran ilave GaN katmanlarının büyütülmesi.Maske kullanılmadığı için GaN ile maske malzemeleri arasında temas önlenir.
XKH'nin Silikon Üzerine GaN Kaplamalı Gofreti
5. Kısa Dalga Boylu UV LED Epitelyal Malzemelerinin Geliştirilmesi
Bu, UV ile uyarılan fosfor bazlı beyaz LED'ler için sağlam bir temel oluşturmaktadır. Birçok yüksek verimli fosfor, UV ışığı ile uyarılabilir ve mevcut YAG:Ce sistemine göre daha yüksek ışık verimliliği sunarak beyaz LED performansını geliştirir.
6. Çoklu Kuantum Kuyusu (MQW) Çip Teknolojisi
Çoklu kuantum kuyusu (MQW) yapılarında, ışık yayan katmanın büyümesi sırasında farklı safsızlıklar eklenerek çeşitli kuantum kuyuları oluşturulur. Bu kuyulardan yayılan fotonların rekombinasyonu doğrudan beyaz ışık üretir. Bu yöntem, ışık verimliliğini artırır, maliyetleri düşürür ve paketleme ile devre kontrolünü basitleştirir, ancak daha büyük teknik zorluklar da sunar.
7. “Foton Geri Dönüşümü” Teknolojisinin Geliştirilmesi
Ocak 1999'da Japonya'nın Sumitomo şirketi, ZnSe malzemesi kullanarak beyaz bir LED geliştirdi. Bu teknoloji, ZnSe tek kristal alt tabaka üzerine CdZnSe ince filminin büyütülmesini içeriyor. Elektrik verildiğinde, film mavi ışık yayar ve bu ışık ZnSe alt tabakasıyla etkileşime girerek tamamlayıcı sarı ışık üretir ve sonuç olarak beyaz ışık oluşur. Benzer şekilde, Boston Üniversitesi Fotonik Araştırma Merkezi, beyaz ışık üretmek için mavi bir GaN-LED üzerine AlInGaP yarı iletken bileşiğini yerleştirdi.
8. LED Epitelyal Yonga Üretim Süreci Akışı
① Epitaksiyel Levha Üretimi:
Alt tabaka → Yapısal tasarım → Tampon katman büyümesi → N tipi GaN katmanı büyümesi → MQW ışık yayan katman büyümesi → P tipi GaN katmanı büyümesi → Tavlama → Test (fotolüminesans, X-ışını) → Epitelyal gofret
② Çip Üretimi:
Epitaksiyel gofret → Maske tasarımı ve üretimi → Fotolitografi → İyon aşındırma → N tipi elektrot (kaplama, tavlama, aşındırma) → P tipi elektrot (kaplama, tavlama, aşındırma) → Kesme → Çip incelemesi ve sınıflandırması.
ZMSH'nin GaN-on-SiC gofret
Yayın tarihi: 25 Temmuz 2025