LED'lerin çalışma prensibinden, epitaksiyel gofret malzemesinin bir LED'in temel bileşeni olduğu açıktır. Aslında, dalga boyu, parlaklık ve ileri gerilim gibi temel optoelektronik parametreler büyük ölçüde epitaksiyel malzeme tarafından belirlenir. Epitaksiyel gofret teknolojisi ve ekipmanları, üretim süreci için kritik öneme sahiptir ve Metal-Organik Kimyasal Buhar Biriktirme (MOCVD), III-V, II-VI bileşikleri ve alaşımlarından oluşan ince tek kristal katmanları oluşturmanın temel yöntemidir. Aşağıda, LED epitaksiyel gofret teknolojisindeki bazı gelecekteki trendler yer almaktadır.
1. İki Aşamalı Büyüme Sürecinin İyileştirilmesi
Şu anda ticari üretim iki aşamalı bir büyüme süreci kullanmaktadır, ancak aynı anda yüklenebilecek alttaş sayısı sınırlıdır. 6 gofretlik sistemler olgunlaşmış olsa da, yaklaşık 20 gofret kapasiteli makineler hala geliştirme aşamasındadır. Gofret sayısının artırılması genellikle epitaksiyel katmanlarda yetersiz homojenliğe yol açar. Gelecekteki gelişmeler iki alana odaklanacaktır:
- Tek bir reaksiyon odasına daha fazla substrat yüklenmesine olanak tanıyan teknolojilerin geliştirilmesi, bunların büyük ölçekli üretime ve maliyet düşürmeye daha uygun hale getirilmesi.
- Yüksek otomasyonlu, tekrarlanabilir tek gofret ekipmanlarının geliştirilmesi.
2. Hidrit Buhar Fazı Epitaksi (HVPE) Teknolojisi
Bu teknoloji, düşük dislokasyon yoğunluğuna sahip kalın filmlerin hızlı bir şekilde büyütülmesini sağlar ve bu filmler, diğer yöntemler kullanılarak homoepitaksiyel büyütme için altlık görevi görebilir. Ayrıca, altlıklardan ayrıştırılan GaN filmleri, toplu GaN tek kristal yongalarına alternatif olabilir. Ancak HVPE, hassas kalınlık kontrolündeki zorluk ve GaN malzeme saflığının daha da iyileştirilmesini engelleyen aşındırıcı reaksiyon gazları gibi dezavantajlara sahiptir.
Si-doped HVPE-GaN
(a) Si-doped HVPE-GaN reaktörünün yapısı; (b) 800 μm kalınlığındaki Si-doped HVPE-GaN'nin görüntüsü;
(c) Si-doped HVPE-GaN çapı boyunca serbest taşıyıcı konsantrasyonunun dağılımı
3. Seçici Epitaksiyel Büyüme veya Lateral Epitaksiyel Büyüme Teknolojisi
Bu teknik, dislokasyon yoğunluğunu daha da azaltabilir ve GaN epitaksiyel katmanlarının kristal kalitesini iyileştirebilir. İşlem şunları içerir:
- Uygun bir alt tabaka (safir veya SiC) üzerine GaN tabakasının biriktirilmesi.
- Üstüne polikristalin SiO₂ maske tabakasının yerleştirilmesi.
- Fotolitografi ve aşındırma kullanarak GaN pencereleri ve SiO₂ maske şeritleri oluşturma.Sonraki büyüme sırasında GaN önce pencerelerde dikey olarak, sonra da SiO₂ şeritleri üzerinde yanal olarak büyür.
XKH'nin GaN-on-Sapphire yongası
4. Pendeo-Epitaksi Teknolojisi
Bu yöntem, alt tabaka ile epitaksiyel tabaka arasındaki kafes ve termal uyumsuzluktan kaynaklanan kafes kusurlarını önemli ölçüde azaltarak GaN kristal kalitesini daha da artırır. Adımlar şunlardır:
- Uygun bir alt tabaka (6H-SiC veya Si) üzerine iki aşamalı bir işlem kullanılarak GaN epitaksiyel tabakasının büyütülmesi.
- Epitaksiyel tabakanın alt tabakaya kadar seçici aşındırılması, alternatif sütun (GaN/tampon/alt tabaka) ve hendek yapıları oluşturulması.
- Orijinal GaN sütunlarının yan duvarlarından yanlara doğru uzanan ve hendeklerin üzerine asılan ek GaN katmanlarının yetiştirilmesi.Herhangi bir maske kullanılmadığı için GaN ile maske malzemeleri arasındaki temas önlenir.
XKH'nin GaN-üzerinde-Silikon yongası
5. Kısa Dalga Boylu UV LED Epitaksiyel Malzemelerin Geliştirilmesi
Bu, UV uyarımlı fosfor tabanlı beyaz LED'ler için sağlam bir temel oluşturur. Birçok yüksek verimli fosfor, UV ışığıyla uyarılabilir ve mevcut YAG:Ce sisteminden daha yüksek ışık verimliliği sunarak beyaz LED performansını artırır.
6. Çoklu Kuantum Kuyu (MQW) Çip Teknolojisi
MQW yapılarda, ışık yayan tabakanın büyümesi sırasında farklı safsızlıklar eklenerek farklı 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 ortaya çıkarır.
7. “Foton Geri Dönüşümü” Teknolojisinin Geliştirilmesi
Ocak 1999'da Japon Sumitomo, ZnSe malzemesi kullanarak beyaz bir LED geliştirdi. Teknoloji, ZnSe tek kristalli bir alt tabaka üzerine CdZnSe ince bir film oluşturulmasını içeriyor. Elektriklendiğinde film mavi ışık yayıyor ve bu ışık ZnSe alt tabaka ile etkileşime girerek tamamlayıcı sarı ışık üretiyor ve beyaz ışık elde ediliyor. Benzer şekilde, Boston Üniversitesi Fotonik Araştırma Merkezi, beyaz ışık üretmek için mavi bir GaN-LED üzerine bir AlInGaP yarı iletken bileşiği yerleştirdi.
8. LED Epitaksiyel Gofret İşlem Akışı
① Epitaksiyel Gofret Üretimi:
Alt tabaka → Yapısal tasarım → Tampon katman büyümesi → N tipi GaN katman büyümesi → MQW ışık yayan katman büyümesi → P tipi GaN katman büyümesi → Tavlama → Test (fotolüminesans, X-ışını) → Epitaksiyel gofret
② Çip Üretimi:
Epitaksiyel gofret → Maske tasarımı ve üretimi → Fotolitografi → İyon aşındırma → N tipi elektrot (biriktirme, tavlama, aşındırma) → P tipi elektrot (biriktirme, tavlama, aşındırma) → Dilimleme → Talaş denetimi ve derecelendirme.
ZMSH'nin GaN-on-SiC yongası
Gönderi zamanı: 25 Temmuz 2025