Аз принсипи кори LED-ҳо маълум аст, ки маводи вафлии эпитаксиалӣ ҷузъи асосии LED мебошад. Дар асл, параметрҳои калидии оптоэлектронӣ, ба монанди дарозии мавҷ, равшанӣ ва шиддати самти рост, асосан аз ҷониби маводи эпитаксиалӣ муайян карда мешаванд. Технология ва таҷҳизоти вафлии эпитаксиалӣ барои раванди истеҳсолӣ муҳиманд, ки усули асосии парвариши қабатҳои тунуки монокристаллии пайвастагиҳои III-V, II-VI ва хӯлаҳои онҳо мебошад. Дар зер баъзе тамоюлҳои оянда дар технологияи вафлии эпитаксиалии LED оварда шудаанд.
1. Беҳтар кардани раванди рушди думарҳилаӣ
Айни замон, истеҳсоли тиҷоратӣ раванди думарҳилавии афзоишро истифода мебарад, аммо шумораи субстратҳое, ки метавонанд якбора бор карда шаванд, маҳдуд аст. Дар ҳоле ки системаҳои 6-вафли пухта расидаанд, мошинҳое, ки тақрибан 20 вафлиро коркард мекунанд, ҳанӯз дар ҳоли таҳия қарор доранд. Афзоиши шумораи вафлиҳо аксар вақт боиси якрангии нокифоя дар қабатҳои эпитаксиалӣ мегардад. Таҳаввулоти оянда ба ду самт нигаронида мешаванд:
- Таҳияи технологияҳое, ки имкон медиҳанд, ки субстратҳои бештар дар як камераи реаксия бор карда шаванд ва онҳоро барои истеҳсоли миқёси калон ва кам кардани хароҷот мувофиқтар гардонанд.
- Пешрафти таҷҳизоти яккаплани хеле автоматӣ ва такроршаванда.
2. Технологияи эпитаксияи фазаи буғи гидридӣ (HVPE)
Ин технология имкон медиҳад, ки плёнкаҳои ғафс бо зичии пасти дислокатсия афзоиш ёбанд, ки метавонанд ҳамчун субстратҳо барои афзоиши гомеопитаксиалӣ бо истифода аз усулҳои дигар хизмат кунанд. Илова бар ин, плёнкаҳои GaN, ки аз субстрат ҷудо карда шудаанд, метавонанд алтернатива ба чипҳои яккристаллии GaN-и калон бошанд. Аммо, HVPE камбудиҳо дорад, ба монанди душворӣ дар назорати дақиқи ғафсӣ ва газҳои реаксияи зангзананда, ки ба беҳтаршавии минбаъдаи тозагии маводи GaN халал мерасонанд.
HVPE-GaN бо си легиршуда
(а) Сохтори реактори HVPE-GaN бо допинг бо Si; (б) Тасвири HVPE-GaN бо допинг бо ғафсии 800 мкм;
(в) Тақсимоти консентратсияи интиқолдиҳандаҳои озод дар диаметри HVPE-GaN, ки бо Si легир карда шудааст
3. Технологияи афзоиши эпитаксиалии интихобӣ ё паҳлӯии эпитаксиалӣ
Ин усул метавонад зичии дислокатсияро минбаъд кам кунад ва сифати кристаллии қабатҳои эпитаксиалии GaN-ро беҳтар созад. Раванд инҳоро дар бар мегирад:
- Гузоштани қабати GaN дар рӯи заминаи мувофиқ (ёқут ё SiC).
- Ҷойгиркунии қабати ниқоби поликристаллии SiO₂ дар боло.
- Бо истифода аз фотолитография ва кандакорӣ барои сохтани тирезаҳои GaN ва тасмаҳои ниқоби SiO₂.Дар давраи афзоиши минбаъда, GaN аввал дар тирезаҳо ба таври амудӣ ва сипас ба таври паҳлӯӣ дар болои тасмаҳои SiO₂ мерӯяд.
Вафли GaN-on-Sapphire-и XKH
4. Технологияи Пендео-Эпитаксия
Ин усул нуқсонҳои шабакаро, ки аз номувофиқати шабака ва номувофиқати ҳароратӣ байни субстрат ва қабати эпитаксиалӣ ба вуҷуд меоянд, ба таври назаррас коҳиш медиҳад ва сифати кристаллҳои GaN-ро боз ҳам беҳтар мекунад. Қадамҳо инҳоро дар бар мегиранд:
- Парвариши қабати эпитаксиалии GaN дар рӯи субстрати мувофиқ (6H-SiC ё Si) бо истифода аз раванди думарҳилаӣ.
- Анҷом додани кандакории интихобии қабати эпитаксиалӣ то субстрат, эҷоди сохторҳои сутунӣ (GaN/буфер/субстрат) ва хандақҳои навбатӣ.
- Қабатҳои иловагии GaN, ки аз деворҳои паҳлӯии сутунҳои аслии GaN ба паҳлӯ паҳн шуда, дар болои хандақҳо овезон шудаанд, парвариш карда мешаванд.Азбаски ниқоб истифода намешавад, ин аз тамос байни GaN ва маводи ниқоб пешгирӣ мекунад.
Вафли GaN-on-Silicon-и XKH
5. Таҳияи маводҳои эпитаксиалии LED-и ултрабунафш бо дарозии кӯтоҳ
Ин барои LED-ҳои сафеди фосфорӣ, ки аз нурҳои ултрабунафш ангезиш мегиранд, заминаи мустаҳкам мегузорад. Бисёре аз фосфорҳои баландсамаранок метавонанд аз нури ултрабунафш ангезиш гиранд, ки нисбат ба системаи кунунии YAG:Ce самаранокии равшании баландтарро пешниҳод мекунанд ва бо ин васила кори LED-ҳои сафедро беҳтар мекунанд.
6. Технологияи чипи бисёрквантӣ (MQW)
Дар сохторҳои MQW, ифлосиҳои гуногун ҳангоми афзоиши қабати нурафкан барои эҷоди чоҳҳои гуногуни квантӣ илова карда мешаванд. Рекомбинатсияи фотонҳои аз ин чоҳҳо хориҷшуда мустақиман нури сафедро ба вуҷуд меорад. Ин усул самаранокии рӯшноиро беҳтар мекунад, хароҷотро кам мекунад ва бастабандӣ ва идоракунии схемаро содда мекунад, гарчанде ки он мушкилоти техникии бештарро ба бор меорад.
7. Рушди технологияи «Коркарди такрории фотонҳо»
Дар моҳи январи соли 1999, ширкати Sumitomo-и Ҷопон як LED-и сафедро бо истифода аз маводи ZnSe таҳия кард. Ин технология парвариши плёнкаи тунуки CdZnSe-ро дар асоси як кристаллии ZnSe дар бар мегирад. Ҳангоми электрикунонӣ, плёнка нури кабуд мебарорад, ки бо асоси ZnSe ҳамкорӣ карда, нури зарди мукаммалро ба вуҷуд меорад, ки дар натиҷа нури сафед ба вуҷуд меояд. Ба ҳамин монанд, Маркази тадқиқоти фотоника дар Донишгоҳи Бостон як пайвастагии нимноқилии AlInGaP-ро дар болои LED-и кабуди GaN ҷойгир кард, то нури сафед тавлид кунад.
8. Ҷараёни раванди вафли эпитаксиалии LED
① Сохтани вафли эпитаксиалӣ:
Субстрат → Тарроҳии сохторӣ → Афзоиши қабати буферӣ → Афзоиши қабати GaN-и навъи N → Афзоиши қабати рӯшноии MQW → Афзоиши қабати GaN-и навъи P → Тафсондан → Санҷиш (фотолюминесценция, рентген) → Вафери эпитаксиалӣ
2 Истеҳсоли чип:
Вафли эпитаксиалӣ → Тарроҳӣ ва истеҳсоли ниқоб → Фотолитография → Кандакорӣ дар ион → Электроди навъи N (ҷойгиркунӣ, тафсондан, кандакорӣ) → Электроди навъи P (ҷойгиркунӣ, тафсондан, кандакорӣ) → Пора кардан → Санҷиши чип ва баҳодиҳӣ.
Вафли GaN-on-SiC-и ZMSH
Вақти нашр: 25 июли соли 2025