A partir do principio de funcionamento dos LED, é evidente que o material da oblea epitaxial é o compoñente central dun LED. De feito, os parámetros optoelectrónicos clave, como a lonxitude de onda, o brillo e a tensión directa, están determinados en gran medida polo material epitaxial. A tecnoloxía e o equipamento das obleas epitaxiais son fundamentais para o proceso de fabricación, sendo a deposición química de vapor metalorgánico (MOCVD) o método principal para o cultivo de capas finas de monocristalino de compostos III-V, II-VI e as súas aliaxes. A continuación, móstranse algunhas tendencias futuras na tecnoloxía das obleas epitaxiais de LED.
1. Mellora do proceso de crecemento en dous pasos
Actualmente, a produción comercial emprega un proceso de crecemento en dous pasos, pero o número de substratos que se poden cargar á vez é limitado. Aínda que os sistemas de 6 obleas están maduros, as máquinas que manexan unhas 20 obleas aínda están en desenvolvemento. Aumentar o número de obleas adoita levar a unha uniformidade insuficiente nas capas epitaxiais. Os desenvolvementos futuros centraranse en dúas direccións:
- Desenvolver tecnoloxías que permitan cargar máis substratos nunha única cámara de reacción, facéndoas máis axeitadas para a produción a grande escala e a redución de custos.
- Equipos avanzados de oblea única, altamente automatizados e repetibles.
2. Tecnoloxía de epitaxia en fase de vapor de hidruros (HVPE)
Esta tecnoloxía permite o crecemento rápido de películas grosas con baixa densidade de dislocacións, que poden servir como substratos para o crecemento homoepitaxial empregando outros métodos. Ademais, as películas de GaN separadas do substrato poden converterse en alternativas aos chips monocristalinos de GaN a granel. Non obstante, o HVPE ten inconvenientes, como a dificultade para un control preciso do grosor e os gases de reacción corrosivos que dificultan unha maior mellora da pureza do material de GaN.
HVPE-GaN dopado con Si
(a) Estrutura do reactor de HVPE-GaN dopado con Si; (b) Imaxe de HVPE-GaN dopado con Si de 800 μm de espesor;
(c) Distribución da concentración de portadores libres ao longo do diámetro do HVPE-GaN dopado con Si
3. Tecnoloxía de crecemento epitaxial selectivo ou crecemento epitaxial lateral
Esta técnica pode reducir aínda máis a densidade de dislocacións e mellorar a calidade cristalina das capas epitaxiais de GaN. O proceso implica:
- Depositando unha capa de GaN sobre un substrato axeitado (zafiro ou SiC).
- Depositando unha capa de máscara policristalina de SiO₂ enriba.
- Usando fotolitografía e gravado para crear fiestras de GaN e tiras de máscara de SiO₂.Durante o crecemento posterior, o GaN medra primeiro verticalmente nas fiestras e despois lateralmente sobre as tiras de SiO₂.
Oblea de GaN sobre zafiro de XKH
4. Tecnoloxía Pendeo-Epitaxial
Este método reduce significativamente os defectos de rede causados pola desaxuste térmico e de rede entre o substrato e a capa epitaxial, mellorando aínda máis a calidade do cristal de GaN. Os pasos inclúen:
- Cultivo dunha capa epitaxial de GaN sobre un substrato axeitado (6H-SiC ou Si) mediante un proceso de dous pasos.
- Realización dun gravado selectivo da capa epitaxial ata o substrato, creando estruturas alternadas de piares (GaN/tampón/substrato) e trincheiras.
- Crecemento de capas adicionais de GaN, que se estenden lateralmente desde as paredes laterais dos piares orixinais de GaN, suspendidas sobre as trincheiras.Dado que non se usa máscara, isto evita o contacto entre o GaN e os materiais da máscara.
Oblea de GaN sobre silicio de XKH
5. Desenvolvemento de materiais epitaxiais LED UV de lonxitude de onda curta
Isto senta unha base sólida para os LED brancos baseados en fósforo excitados por UV. Moitos fósforos de alta eficiencia poden ser excitados por luz UV, ofrecendo unha maior eficiencia luminosa que o sistema YAG:Ce actual, mellorando así o rendemento dos LED brancos.
6. Tecnoloxía de chips de pozos multicuánticos (MQW)
Nas estruturas de MQW, diferentes impurezas son dopadas durante o crecemento da capa emisora de luz para crear pozos cuánticos variables. A recombinación dos fotóns emitidos por estes pozos produce luz branca directamente. Este método mellora a eficiencia luminosa, reduce os custos e simplifica o empaquetado e o control de circuítos, aínda que presenta maiores desafíos técnicos.
7. Desenvolvemento da tecnoloxía de «reciclaxe de fotóns»
En xaneiro de 1999, a empresa xaponesa Sumitomo desenvolveu un LED branco empregando material ZnSe. A tecnoloxía consiste en cultivar unha película fina de CdZnSe sobre un substrato monocristalino de ZnSe. Cando se electrifica, a película emite luz azul, que interactúa co substrato de ZnSe para producir luz amarela complementaria, o que resulta en luz branca. Do mesmo xeito, o Centro de Investigación Fotónica da Universidade de Boston apilou un composto semicondutor de AlInGaP sobre un LED de GaN azul para xerar luz branca.
8. Fluxo do proceso de obleas epitaxiales de LED
① Fabricación de obleas epitaxiales:
Substrato → Deseño estrutural → Crecemento da capa tampón → Crecemento da capa de GaN de tipo N → Crecemento da capa emisora de luz MQW → Crecemento da capa de GaN de tipo P → Recocido → Probas (fotoluminescencia, raios X) → Oblea epitaxial
② Fabricación de chips:
Oblea epitaxial → Deseño e fabricación de máscaras → Fotolitografía → Gravado iónico → Electrodo de tipo N (deposición, recocido, gravado) → Electrodo de tipo P (deposición, recocido, gravado) → Corte en dados → Inspección e clasificación de chips.
Oblea de GaN sobre SiC de ZMSH
Data de publicación: 25 de xullo de 2025