LEDlarning ishlash printsipidan ko'rinib turibdiki, epitaksial plastinka materiali LEDning asosiy komponenti hisoblanadi. Aslida, to'lqin uzunligi, yorqinlik va to'g'ridan-to'g'ri kuchlanish kabi asosiy optoelektronik parametrlar asosan epitaksial material tomonidan belgilanadi. Epitaksial plastinka texnologiyasi va uskunalari ishlab chiqarish jarayoni uchun juda muhim bo'lib, III-V, II-VI birikmalari va ularning qotishmalarining yupqa monokristal qatlamlarini o'stirishning asosiy usuli metall-organik kimyoviy bug' cho'kmasi (MOCVD) hisoblanadi. Quyida LED epitaksial plastinka texnologiyasidagi ba'zi kelajakdagi tendentsiyalar keltirilgan.
1. Ikki bosqichli o'sish jarayonini takomillashtirish
Hozirgi vaqtda tijorat ishlab chiqarishi ikki bosqichli o'sish jarayonidan foydalanadi, ammo bir vaqtning o'zida yuklanishi mumkin bo'lgan substratlar soni cheklangan. 6 ta plastinkali tizimlar yetuk bo'lsa-da, 20 ga yaqin plastinka bilan ishlaydigan mashinalar hali ham ishlab chiqilmoqda. Plitalar sonini ko'paytirish ko'pincha epitaksial qatlamlarda bir xillikning yetarli emasligiga olib keladi. Kelajakdagi ishlanmalar ikkita yo'nalishga qaratiladi:
- Bitta reaksiya kamerasiga ko'proq substratlarni yuklash imkonini beruvchi texnologiyalarni ishlab chiqish, ularni keng ko'lamli ishlab chiqarish va xarajatlarni kamaytirish uchun ko'proq moslashtirish.
- Yuqori darajada avtomatlashtirilgan, takrorlanadigan bitta plastinkali uskunalarni rivojlantirish.
2. Gidrid bugʻ fazasi epitaksiyasi (HVPE) texnologiyasi
Ushbu texnologiya past dislokatsiya zichligiga ega qalin plyonkalarni tez o'stirish imkonini beradi, bu esa boshqa usullar yordamida gomeopitaksial o'sish uchun substrat bo'lib xizmat qilishi mumkin. Bundan tashqari, substratdan ajratilgan GaN plyonkalari ommaviy GaN monokristalli chiplariga alternativa bo'lishi mumkin. Biroq, HVPE ning kamchiliklari bor, masalan, aniq qalinlikni boshqarishdagi qiyinchilik va GaN materialining tozaligini yanada yaxshilashga to'sqinlik qiladigan korroziv reaksiya gazlari.
Si bilan qo'shilgan HVPE-GaN
(a) Si bilan qo'shilgan HVPE-GaN reaktorining tuzilishi; (b) 800 mkm qalinlikdagi Si bilan qo'shilgan HVPE-GaN tasviri;
(c) Si bilan qo'shilgan HVPE-GaN diametri bo'ylab erkin tashuvchilar konsentratsiyasining taqsimlanishi
3. Tanlab epitaksial o'sish yoki lateral epitaksial o'sish texnologiyasi
Bu usul dislokatsiya zichligini yanada kamaytirishi va GaN epitaksial qatlamlarining kristall sifatini yaxshilashi mumkin. Jarayon quyidagilarni o'z ichiga oladi:
- Mos keladigan substratga (safir yoki SiC) GaN qatlamini yotqizish.
- Ustiga polikristalli SiO₂ niqob qatlamini yotqizish.
- GaN oynalari va SiO₂ niqob chiziqlarini yaratish uchun fotolitografiya va o'yib ishlov berishdan foydalanish.Keyingi o'sish jarayonida GaN avval derazalarda vertikal ravishda, so'ngra SiO₂ chiziqlari ustida lateral ravishda o'sadi.
XKH ning GaN-on-Sapphire lavhasi
4. Pendeo-Epitaksi texnologiyasi
Bu usul panjara nuqsonlarini sezilarli darajada kamaytiradi va substrat va epitaksial qatlam o'rtasidagi termal nomuvofiqlikni keltirib chiqaradi, bu esa GaN kristallarining sifatini yanada oshiradi. Bosqichlar quyidagilarni o'z ichiga oladi:
- Ikki bosqichli jarayon yordamida mos substratda (6H-SiC yoki Si) GaN epitaksial qatlamini o'stirish.
- Epitaksial qatlamni substratgacha tanlab o'yib ishlov berish, ustun (GaN/bufer/substrat) va xandaq tuzilmalarini navbatma-navbat yaratish.
- Xandaqlar ustida osilgan asl GaN ustunlarining yon devorlaridan yon tomonga cho'zilgan qo'shimcha GaN qatlamlarining o'sishi.Niqob ishlatilmagani uchun, bu GaN va niqob materiallari o'rtasidagi aloqani oldini oladi.
XKH ning GaN-on-Cilicon plastinkasi
5. Qisqa to'lqinli UV LED epitaksial materiallarini ishlab chiqish
Bu UB nurlari bilan qo'zg'atiladigan fosforga asoslangan oq LEDlar uchun mustahkam poydevor yaratadi. Ko'pgina yuqori samarali fosforlar UB nurlari bilan qo'zg'atilishi mumkin, bu esa hozirgi YAG:Ce tizimiga qaraganda yuqori yorug'lik samaradorligini ta'minlaydi va shu bilan oq LEDlarning ishlashini yaxshilaydi.
6. Ko'p kvantli quduq (MQW) chip texnologiyasi
MQW tuzilmalarida yorug'lik chiqaradigan qatlamning o'sishi davomida turli xil aralashmalar qo'shilib, turli xil kvant quduqlarini hosil qiladi. Ushbu quduqlardan chiqadigan fotonlarning rekombinatsiyasi to'g'ridan-to'g'ri oq yorug'likni hosil qiladi. Bu usul yorug'lik samaradorligini oshiradi, xarajatlarni kamaytiradi va qadoqlash va sxemalarni boshqarishni soddalashtiradi, ammo u katta texnik qiyinchiliklarni keltirib chiqaradi.
7. “Fotonlarni qayta ishlash” texnologiyasini ishlab chiqish
1999-yil yanvar oyida Yaponiyaning Sumitomo kompaniyasi ZnSe materialidan foydalangan holda oq LEDni ishlab chiqdi. Texnologiya ZnSe monokristalli substratida CdZnSe yupqa plyonkasini o'stirishni o'z ichiga oladi. Elektrlashtirilganda, plyonka ko'k yorug'lik chiqaradi, u ZnSe substrati bilan o'zaro ta'sir qilib, qo'shimcha sariq yorug'lik hosil qiladi va natijada oq yorug'lik hosil bo'ladi. Xuddi shunday, Boston universitetining Fotonika tadqiqot markazi oq yorug'lik hosil qilish uchun ko'k GaN-LED ustiga AlInGaP yarimo'tkazgich birikmasini qo'ydi.
8. LED epitaksial gofret jarayoni oqimi
① Epitaksial plastinka ishlab chiqarish:
Substrat → Strukturaviy dizayn → Bufer qatlamining o'sishi → N-turdagi GaN qatlamining o'sishi → MQW yorug'lik chiqaradigan qatlamning o'sishi → P-turdagi GaN qatlamining o'sishi → Yumshatish → Sinov (fotolyuminestsentsiya, rentgen) → Epitaksial plastinka
2 Chip ishlab chiqarish:
Epitaksial plastinka → Niqob dizayni va ishlab chiqarish → Fotolitografiya → Ion o'yish → N-turdagi elektrod (cho'ktirish, tavlash, o'yish) → P-turdagi elektrod (cho'ktirish, tavlash, o'yish) → To'g'rilash → Chiplarni tekshirish va darajalash.
ZMSH ning GaN-on-SiC plastinkasi
Nashr vaqti: 2025-yil 25-iyul