Жарықдиодтардың жұмыс принципінен эпитаксиалды пластина материалы жарықдиодтың негізгі компоненті екені айқын көрінеді. Шын мәнінде, толқын ұзындығы, жарықтық және тікелей кернеу сияқты негізгі оптоэлектрондық параметрлер көбінесе эпитаксиалды материалмен анықталады. Эпитаксиалды пластина технологиясы мен жабдықтары өндіріс процесі үшін өте маңызды, металл-органикалық химиялық бу тұндыру (MOCVD) III-V, II-VI қосылыстарының және олардың қорытпаларының жұқа монокристалды қабаттарын өсірудің негізгі әдісі болып табылады. Төменде жарықдиодты эпитаксиалды пластина технологиясындағы кейбір болашақ үрдістер келтірілген.
1. Екі сатылы өсу процесін жетілдіру
Қазіргі уақытта коммерциялық өндіріс екі сатылы өсу процесін қолданады, бірақ бірден жүктелетін субстраттар саны шектеулі. 6 пластиналы жүйелер жетілген болса да, шамамен 20 пластинаны өңдейтін машиналар әлі де әзірлену үстінде. Пластиналар санын көбейту көбінесе эпитаксиалды қабаттарда біркелкіліктің жеткіліксіздігіне әкеледі. Болашақтағы әзірлемелер екі бағытқа бағытталады:
- Бір реакция камерасына көбірек субстраттарды салуға мүмкіндік беретін технологияларды әзірлеу, оларды ірі көлемді өндіріске және шығындарды азайтуға қолайлы ету.
- Жоғары автоматтандырылған, қайталанатын бір пластиналы жабдықты жетілдіру.
2. Гидридті бу фазасының эпитаксиясы (HVPE) технологиясы
Бұл технология басқа әдістерді қолдана отырып, гомеопитаксиалды өсу үшін субстраттар ретінде қызмет ете алатын төмен дислокациялық тығыздығы бар қалың қабықшалардың тез өсуіне мүмкіндік береді. Сонымен қатар, субстраттан бөлінген GaN қабықшалары көлемді GaN монокристалды чиптеріне балама бола алады. Дегенмен, HVPE-нің кемшіліктері бар, мысалы, дәл қалыңдықты бақылаудағы қиындықтар және GaN материалының тазалығын одан әрі жақсартуға кедергі келтіретін коррозиялық реакция газдары.
Si-легирленген HVPE-GaN
(a) Si-легирленген HVPE-GaN реакторының құрылымы; (b) 800 мкм қалыңдықтағы Si-легирленген HVPE-GaN суреті;
(c) Si-легирленген HVPE-GaN диаметрі бойынша бос тасымалдаушылар концентрациясының таралуы
3. Селективті эпитаксиалды өсу немесе бүйірлік эпитаксиалды өсу технологиясы
Бұл әдіс дислокация тығыздығын одан әрі азайтып, GaN эпитаксиалды қабаттарының кристалдық сапасын жақсарта алады. Процесс мыналарды қамтиды:
- GaN қабатын қолайлы негізге (сапфир немесе SiC) жағу.
- Үстіне поликристалды SiO₂ маска қабатын жағу.
- Фотолитография мен гравюраны пайдаланып, GaN терезелері мен SiO₂ маска жолақтарын жасау.Кейінгі өсу кезінде GaN алдымен терезелерде тігінен, содан кейін SiO₂ жолақтарының үстінен бүйірлік бағытта өседі.
XKH-тің GaN-on-Sapphire пластинасы
4. Пендео-эпитакси технологиясы
Бұл әдіс тор мен негіз бен эпитаксиалды қабат арасындағы термиялық сәйкессіздіктен туындаған тор ақауларын айтарлықтай азайтады, GaN кристалының сапасын одан әрі жақсартады. Қадамдар мыналарды қамтиды:
- Екі сатылы процесті қолдана отырып, қолайлы субстратта (6H-SiC немесе Si) GaN эпитаксиалды қабатын өсіру.
- Эпитаксиалды қабатты негізге дейін селективті түрде ою, кезектесіп тірек (GaN/буфер/негіз) және траншея құрылымдарын жасау.
- Траншеялардың үстіне ілінген бастапқы GaN тіректерінің бүйір қабырғаларынан бүйірге қарай созылып жатқан қосымша GaN қабаттарының өсуі.Бетперде қолданылмағандықтан, бұл GaN мен маска материалдарының жанасуына жол бермейді.
XKH компаниясының GaN-on-Cilicon пластинасы
5. Қысқа толқынды УК жарықдиодты эпитаксиалды материалдарды әзірлеу
Бұл ультракүлгін сәулеленумен қоздырылатын фосфор негізіндегі ақ жарықдиодты шамдардың берік негізін қалайды. Көптеген жоғары тиімді фосфорлар ультракүлгін сәулемен қоздырылуы мүмкін, бұл қазіргі YAG:Ce жүйесіне қарағанда жоғары жарық тиімділігін ұсынады, осылайша ақ жарықдиодты шамдардың өнімділігін арттырады.
6. Көп кванттық ұңғыма (MQW) чип технологиясы
MQW құрылымдарында жарық шығаратын қабаттың өсуі кезінде әртүрлі қоспалар қосылып, әртүрлі кванттық ұяшықтар жасалады. Бұл ұяшықтардан шығарылатын фотондардың рекомбинациясы тікелей ақ жарық шығарады. Бұл әдіс жарық тиімділігін арттырады, шығындарды азайтады және қаптама мен тізбекті басқаруды жеңілдетеді, бірақ ол үлкен техникалық қиындықтар тудырады.
7. «Фотонды қайта өңдеу» технологиясын әзірлеу
1999 жылдың қаңтарында Жапонияның Sumitomo компаниясы ZnSe материалын пайдаланып ақ жарықдиодты жасап шығарды. Технология ZnSe монокристаллды субстратында CdZnSe жұқа пленкасын өсіруді қамтиды. Электрлендірілген кезде пленка көк жарық шығарады, ол ZnSe субстратымен әрекеттесіп, толықтырушы сары жарық шығарады, нәтижесінде ақ жарық пайда болады. Сол сияқты, Бостон университетінің Фотоника зерттеу орталығы ақ жарық шығару үшін көк GaN-жарықдиодына AlInGaP жартылай өткізгіш қосылысын қойды.
8. Жарықдиодты эпитаксиалды пластинаның процесінің ағыны
① Эпитаксиалды пластина жасау:
Субстрат → Құрылымдық дизайн → Буферлік қабаттың өсуі → N-типті GaN қабатының өсуі → MQW жарық шығаратын қабаттың өсуі → P-типті GaN қабатының өсуі → Күйдіру → Сынау (фотолюминесценция, рентген) → Эпитаксиалды пластина
2 Чиптерді жасау:
Эпитаксиалды пластина → Масканы жобалау және жасау → Фотолитография → Иондық ою → N-типті электрод (тұндыру, күйдіру, ою) → P-типті электрод (тұндыру, күйдіру, ою) → Квадрациялау → Жаңқаны тексеру және тегістеу.
ZMSH компаниясының GaN-on-SiC пластинасы
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 25 шілде