Principi e Processi della Tecnologia dei Wafer Epitassiali LED

Dal principio di funzionamento dei LED, è evidente che i materiali dei wafer epitassiali sono il componente principale dei LED. Infatti, parametri optoelettronici chiave come la lunghezza d'onda, la luminosità e la tensione diretta sono in gran parte determinati dal materiale del wafer epitassiale. La tecnologia e le attrezzature per i wafer epitassiali sono fondamentali per il processo di produzione, con la Deposizione Chimica da Vapore Metal-Organica (MOCVD) che è il metodo principale per la crescita di cristalli singoli a strato sottile di composti e leghe dei gruppi III-V e II-VI. Di seguito sono riportate alcune tendenze future nella tecnologia dei wafer epitassiali LED.

1. Miglioramento del Processo di Crescita in Due Fasi

Attualmente, la produzione commerciale impiega un processo di crescita in due fasi, ma il numero di substrati che possono essere caricati contemporaneamente è limitato. Mentre le macchine a 6 wafer sono relativamente mature, le macchine in grado di gestire circa 20 wafer sono ancora in fase di sviluppo. L'aumento del numero di wafer spesso porta a un'uniformità insufficiente nei wafer epitassiali. Lo sviluppo futuro si concentrerà su due direzioni: in primo luogo, lo sviluppo di una tecnologia che consenta di caricare più substrati nella camera di reazione contemporaneamente, rendendola più adatta alla produzione su larga scala e alla riduzione dei costi; in secondo luogo, attrezzature a wafer singolo altamente automatizzate e ripetibili.

2. Tecnologia di Epitassia in Fase Vapore con Idruro (HVPE)

Questa tecnologia consente la rapida crescita di film spessi con bassa densità di dislocazione, che possono servire da substrati per la crescita omoepitassiale utilizzando altri metodi. Inoltre, i film di GaN separati dal substrato possono diventare alternative ai chip di GaN monocristallini sfusi. Tuttavia, l'HVPE presenta inconvenienti, come la difficoltà nel controllare con precisione lo spessore del film e la natura corrosiva dei gas di reazione, che ostacolano ulteriori miglioramenti nella purezza del materiale GaN.

HVPE-GaN drogato con Si

(a) Struttura del reattore HVPE-GaN drogato con Si; (b) Immagine di HVPE-GaN drogato con Si spesso 800 μm;

(c) Distribuzione della concentrazione dei portatori liberi lungo il diametro di HVPE-GaN drogato con Si

3. Tecnologia di Crescita Epitassiale Selettiva o Crescita Epitassiale Laterale

Questa tecnologia può ridurre ulteriormente la densità di dislocazione e migliorare la qualità cristallina degli strati epitassiali di GaN. Il processo prevede innanzitutto il deposito di uno strato di GaN su un substrato adatto (zaffiro o carburo di silicio), seguito da uno strato di maschera di SiO policristallino. Le tecniche di fotolitografia e incisione vengono quindi utilizzate per creare finestre di GaN e strisce di maschera. Durante la successiva crescita, il GaN epitassiale cresce prima sulle finestre di GaN e poi si estende lateralmente sulle strisce di SiO.

Wafer GaN-on-Sapphire di ZMSH

4. Tecnologia Pendeo-Epitassia

Questo metodo riduce significativamente il gran numero di difetti reticolari negli strati epitassiali causati da disadattamento reticolare e termico tra il substrato e lo strato epitassiale, migliorando così ulteriormente la qualità cristallina degli strati epitassiali di GaN. Il processo inizia con la crescita di uno strato epitassiale di GaN su un substrato adatto (6H-SiC o Si) utilizzando un processo in due fasi. Il film epitassiale viene quindi inciso selettivamente fino a quando il substrato non viene esposto, formando strutture colonnari alternate (GaN/strato tampone/substrato) e trincee. La successiva crescita epitassiale di GaN avviene sospesa sopra le trincee, coinvolgendo la crescita epitassiale laterale dalle pareti laterali dello strato epitassiale di GaN originale. Questo metodo elimina la necessità di una maschera, evitando il contatto tra GaN e materiali della maschera.

Wafer GaN-on-Silicon di ZMSH

5. Sviluppo di Materiali Epitassiali LED UV a Breve Lunghezza d'Onda

Questo pone solide basi per lo sviluppo di LED bianchi a base di fosfori tricromatici UV. Molti fosfori efficienti possono essere eccitati dalla luce UV, offrendo una maggiore efficienza luminosa rispetto al sistema YAG:Ce attualmente utilizzato, facendo così progredire la tecnologia LED bianca.

6. Sviluppo della Tecnologia dei Chip a Pozzi Multipli Quantistici (MQW)

Nei chip MQW, diverse impurità vengono drogate durante la crescita dello strato emettitore di luce per creare pozzi quantistici con strutture variabili. La ricombinazione dei fotoni emessi da questi pozzi quantistici produce direttamente luce bianca. Questo metodo migliora l'efficienza luminosa, riduce i costi e semplifica l'imballaggio e il controllo del circuito, sebbene presenti maggiori sfide tecniche.

7. Sviluppo della Tecnologia di "Riciclo dei Fotoni"

Nel gennaio 1999, la Sumitomo del Giappone ha sviluppato un LED bianco utilizzando il materiale ZnSe. La tecnologia prevede la crescita di un film sottile di CdZnSe su un substrato monocristallino di ZnSe. Quando viene elettrificato, il film emette luce blu, che interagisce con il substrato di ZnSe per produrre luce gialla complementare, risultando in luce bianca. Allo stesso modo, il Photonics Research Center della Boston University negli Stati Uniti ha posizionato un composito semiconduttore AlInGaP su un LED GaN blu per generare luce bianca.

8. Processo del Wafer Epitassiale LED

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In qualità di fornitore professionale nel campo della tecnologia dei wafer epitassiali LED, ZMSH fornisce soluzioni tecniche complete tra cui la crescita epitassiale MOCVD, la preparazione di film spessi HVPE, l'epitassia selettiva e la progettazione di strutture a pozzo quantistico. Forniamo materiali chiave come substrati di zaffiro/SiC, wafer epitassiali GaN, materiali LED UV e maschere di supporto. Dotata di impianti completi di lavorazione e collaudo insieme a sistemi di processo maturi, ZMSH offre servizi completi che vanno dalla selezione dei materiali e dalla progettazione strutturale alla lavorazione personalizzata, supportando i nostri clienti nel raggiungimento dell'innovazione tecnologica e degli aggiornamenti dei prodotti in display di illuminazione, applicazioni UV e altri settori correlati.

Wafer GaN-on-SiC di ZMSH