Aus dem Funktionsprinzip vun LEDs geet ervir, datt dat epitaktesch Wafermaterial den zentrale Bestanddeel vun enger LED ass. Tatsächlech gi Schlësseloptoelektronesch Parameter wéi Wellelängt, Hellegkeet a Virwärtsspannung gréisstendeels vum epitaktischen Material bestëmmt. Epitaktesch Wafertechnologie an Ausrüstung si kritesch fir de Fabrikatiounsprozess, woubäi Metal-Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) déi primär Method fir d'Wuesstum vun dënne Eenkristallschichten aus III-V, II-VI Verbindungen an hire Legierungen ass. Hei drënner sinn e puer zukünfteg Trends an der LED-epitaxialer Wafertechnologie.
1. Verbesserung vum zwee-Schrëtt-Wuesstumsprozess
Aktuell gëtt bei der kommerzieller Produktioun e Wuessprozess a zwei Schrëtt benotzt, awer d'Zuel vun de Substrater, déi gläichzäiteg geluede kënne ginn, ass limitéiert. Wärend 6-Wafer-Systemer scho reif sinn, sinn d'Maschinnen, déi ongeféier 20 Waferen handhaben, nach ëmmer an der Entwécklung. D'Erhéijung vun der Zuel vun de Waferen féiert dacks zu enger onzureichender Uniformitéit an den epitaktischen Schichten. Zukünfteg Entwécklunge wäerte sech op zwou Richtungen konzentréieren:
- Entwécklung vun Technologien, déi et erlaben, méi Substrater an enger eenzeger Reaktiounskammer ze lueden, wouduerch se méi gëeegent fir Groussproduktioun a Käschtereduktioun sinn.
- D'Entwécklung vun héich automatiséierter, widderhuelbarer Single-Wafer-Ausrüstung.
2. Hydrid-Dampphase-Epitaxie (HVPE) Technologie
Dës Technologie erméiglecht e séiert Wuesstum vun décke Schichten mat enger gerénger Dislokatiounsdicht, déi als Substrater fir homoepitaxial Wuesstum mat anere Methoden dénge kënnen. Zousätzlech kënnen GaN-Filmer, déi vum Substrat getrennt sinn, Alternativen zu GaN-Eenkristallchips a grousse Quantitéiten sinn. HVPE huet awer Nodeeler, wéi Schwieregkeeten bei der präziser Décktkontroll a korrosiv Reaktiounsgaser, déi eng weider Verbesserung vun der Rengheet vum GaN-Material behënneren.
Si-dotiert HVPE-GaN
(a) Struktur vun engem Si-dotierten HVPE-GaN Reaktor; (b) Bild vun engem 800 μm décke Si-dotierten HVPE-GaN;
(c) Verdeelung vun der fräier Trägerkonzentratioun laanscht den Duerchmiesser vum Si-dotierten HVPE-GaN
3. Selektiv epitaktesch Wuesstem oder lateral epitaktesch Wuesstemstechnologie
Dës Technik kann d'Distanz vun der Verrécklung weider reduzéieren an d'Kristallqualitéit vun de GaN-Epitaxialschichten verbesseren. De Prozess ëmfaasst:
- Oflagerung vun enger GaN-Schicht op engem passenden Substrat (Saphir oder SiC).
- Eng polykristallin SiO₂-Maskschicht drop ofsetzen.
- Mat Hëllef vu Photolithographie an Ätzung ass et méiglech GaN-Fënsteren a SiO₂-Maskestreifen ze kreéieren.Wärend dem spéidere Wuesstum wiisst GaN fir d'éischt vertikal an de Fënsteren an dann lateral iwwer d'SiO₂-Sträifen.
XKH säi GaN-op-Saphir-Wafer
4. Pendeo-Epitaxie Technologie
Dës Method reduzéiert däitlech Gitterdefekter, déi duerch Gitter- a thermesch Ofwäichunge tëscht dem Substrat an der epitaktischer Schicht verursaacht ginn, wat d'Qualitéit vum GaN-Kristall weider verbessert. D'Schrëtt enthalen:
- D'Zucht vun enger GaN-epitaxialer Schicht op engem passenden Substrat (6H-SiC oder Si) mat Hëllef vun engem zwee-Schrëtt-Prozess.
- Selektiv Ätzen vun der epitaktischer Schicht bis zum Substrat duerchféieren, wouduerch ofwiesselnd Säiler- (GaN/Puffer/Substrat) a Grabenstrukturen entstinn.
- Zousätzlech GaN-Schichten, déi sech lateral vun de Säitewänn vun den urspréngleche GaN-Säulen erstrecken, déi iwwer d'Gräben hänken.Well keng Mask benotzt gëtt, vermeit dëst de Kontakt tëscht GaN a Maskenmaterialien.
XKH säi GaN-op-Silizium-Wafer
5. Entwécklung vu kuerzwellege UV-LED-epitaxialen Materialien
Dëst leet eng solid Basis fir UV-ugedriwwe wäiss LEDs op Phosphorbasis. Vill héicheffizient Phosphor kënne mat UV-Liicht ugeschalt ginn, wat eng méi héich Liichteffizienz bitt wéi dat aktuellt YAG:Ce-System, wouduerch d'Leeschtung vu wäissen LEDs verbessert gëtt.
6. Multi-Quantum Well (MQW) Chip Technologie
An MQW-Strukturen ginn ënnerschiddlech Ongereinheeten während dem Wuesstum vun der liichtemittéierender Schicht dotéiert, fir variéierend Quantequellen ze kreéieren. D'Rekombinatioun vu Photonen, déi aus dëse Quantenquellen emittéiert ginn, produzéiert direkt wäisst Liicht. Dës Method verbessert d'Liichtleistung, reduzéiert d'Käschten a vereinfacht d'Verpakung an d'Schaltkreesser, obwuel se méi grouss technesch Erausfuerderunge mat sech bréngt.
7. Entwécklung vun der Technologie "Photonenrecycling"
Am Januar 1999 huet de japanesche Betrib Sumitomo eng wäiss LED mat ZnSe-Material entwéckelt. D'Technologie besteet doran, en dënne CdZnSe-Film op engem ZnSe-Eenkristall-Substrat ze wuessen. Wann de Film elektrifizéiert gëtt, emittéiert en blo Liicht, dat mam ZnSe-Substrat interagéiert fir komplementärt gielt Liicht ze produzéieren, wat a wäisst Liicht resultéiert. Ähnlech huet de Photonics Research Center vun der Boston University eng AlInGaP-Hallefleederverbindung op enger bloer GaN-LED gestapelt fir wäisst Liicht ze generéieren.
8. LED Epitaxial Wafer Prozessoflaf
① Epitaxial Waferfabrikatioun:
Substrat → Strukturdesign → Pufferschichtwuesstum → N-Typ GaN-Schichtwuesstum → MQW Liichtemittéierend Schichtwuesstum → P-Typ GaN-Schichtwuesstum → Glühen → Testen (Photolumineszenz, Röntgen) → Epitaktesch Wafer
② Chipfabrikatioun:
Epitaktesch Wafer → Maskendesign a -fabrikatioun → Photolithographie → Ionenätzen → N-Typ Elektrode (Oflagerung, Glühen, Ätzen) → P-Typ Elektrode (Oflagerung, Glühen, Ätzen) → Wierfelen → Spaninspektioun a Gradéierung.
GaN-op-SiC Wafer vum ZMSH
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 25. Juli 2025