LED എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫറുകളുടെ സാങ്കേതിക തത്വങ്ങളും പ്രക്രിയകളും

LED-കളുടെ പ്രവർത്തന തത്വത്തിൽ നിന്ന്, എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫർ മെറ്റീരിയൽ ഒരു LED-യുടെ പ്രധാന ഘടകമാണെന്ന് വ്യക്തമാണ്. വാസ്തവത്തിൽ, തരംഗദൈർഘ്യം, തെളിച്ചം, ഫോർവേഡ് വോൾട്ടേജ് തുടങ്ങിയ പ്രധാന ഒപ്‌റ്റോഇലക്‌ട്രോണിക് പാരാമീറ്ററുകൾ പ്രധാനമായും എപ്പിറ്റാക്സിയൽ മെറ്റീരിയലാണ് നിർണ്ണയിക്കുന്നത്. എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫർ സാങ്കേതികവിദ്യയും ഉപകരണങ്ങളും നിർമ്മാണ പ്രക്രിയയിൽ നിർണായകമാണ്, III-V, II-VI സംയുക്തങ്ങളുടെയും അവയുടെ അലോയ്കളുടെയും നേർത്ത സിംഗിൾ-ക്രിസ്റ്റൽ പാളികൾ വളർത്തുന്നതിനുള്ള പ്രാഥമിക രീതി ലോഹ-ഓർഗാനിക് കെമിക്കൽ വേപ്പർ ഡിപ്പോസിഷൻ (MOCVD) ആണ്. LED എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫർ സാങ്കേതികവിദ്യയിലെ ചില ഭാവി പ്രവണതകൾ ചുവടെയുണ്ട്.

1. രണ്ട്-ഘട്ട വളർച്ചാ പ്രക്രിയയുടെ മെച്ചപ്പെടുത്തൽ

നിലവിൽ, വാണിജ്യ ഉൽ‌പാദനം രണ്ട് ഘട്ടങ്ങളുള്ള വളർച്ചാ പ്രക്രിയയാണ് ഉപയോഗിക്കുന്നത്, എന്നാൽ ഒരേസമയം ലോഡ് ചെയ്യാൻ കഴിയുന്ന സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളുടെ എണ്ണം പരിമിതമാണ്. 6-വേഫർ സിസ്റ്റങ്ങൾ പക്വത പ്രാപിച്ചിട്ടുണ്ടെങ്കിലും, ഏകദേശം 20 വേഫറുകൾ കൈകാര്യം ചെയ്യുന്ന മെഷീനുകൾ ഇപ്പോഴും വികസിപ്പിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്നു. വേഫറുകളുടെ എണ്ണം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നത് പലപ്പോഴും എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളികളിൽ അപര്യാപ്തമായ ഏകീകൃതതയിലേക്ക് നയിക്കുന്നു. ഭാവിയിലെ വികസനങ്ങൾ രണ്ട് ദിശകളിൽ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കും:

• ഒരൊറ്റ പ്രതിപ്രവർത്തന അറയിൽ കൂടുതൽ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകൾ ലോഡ് ചെയ്യാൻ അനുവദിക്കുന്ന സാങ്കേതികവിദ്യകൾ വികസിപ്പിക്കൽ, അതുവഴി അവയെ വലിയ തോതിലുള്ള ഉൽ‌പാദനത്തിനും ചെലവ് കുറയ്ക്കലിനും കൂടുതൽ അനുയോജ്യമാക്കുന്നു.
• ഉയർന്ന തോതിൽ ഓട്ടോമേറ്റഡ്, ആവർത്തിക്കാവുന്ന സിംഗിൾ-വേഫർ ഉപകരണങ്ങൾ വികസിപ്പിക്കുന്നു.

2. ഹൈഡ്രൈഡ് വേപ്പർ ഫേസ് എപ്പിറ്റാക്സി (HVPE) സാങ്കേതികവിദ്യ

ഈ സാങ്കേതികവിദ്യ കുറഞ്ഞ ഡിസ്‌ലോക്കേഷൻ സാന്ദ്രതയുള്ള കട്ടിയുള്ള ഫിലിമുകളുടെ ദ്രുത വളർച്ച സാധ്യമാക്കുന്നു, ഇത് മറ്റ് രീതികൾ ഉപയോഗിച്ച് ഹോമിയോപിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ചയ്ക്ക് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളായി വർത്തിക്കും. കൂടാതെ, സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിൽ നിന്ന് വേർപെടുത്തിയ GaN ഫിലിമുകൾ ബൾക്ക് GaN സിംഗിൾ-ക്രിസ്റ്റൽ ചിപ്പുകൾക്ക് പകരമായി മാറിയേക്കാം. എന്നിരുന്നാലും, കൃത്യമായ കനം നിയന്ത്രണത്തിലെ ബുദ്ധിമുട്ട്, GaN മെറ്റീരിയൽ പരിശുദ്ധിയിൽ കൂടുതൽ മെച്ചപ്പെടുത്തലിന് തടസ്സമാകുന്ന കോറോസിവ് റിയാക്ഷൻ വാതകങ്ങൾ തുടങ്ങിയ പോരായ്മകൾ HVPE-യ്ക്കുണ്ട്.

സി-ഡോപ്പഡ് HVPE-GaN

(എ) സി-ഡോപ്പഡ് HVPE-GaN റിയാക്ടറിന്റെ ഘടന; (ബി) 800 μm- കട്ടിയുള്ള സി-ഡോപ്പഡ് HVPE-GaN ന്റെ ചിത്രം;

(സി) Si-ഡോപ്പഡ് HVPE-GaN ന്റെ വ്യാസത്തിൽ സ്വതന്ത്ര കാരിയർ സാന്ദ്രതയുടെ വിതരണം

3. സെലക്ടീവ് എപ്പിറ്റാക്സിയൽ ഗ്രോത്ത് അല്ലെങ്കിൽ ലാറ്ററൽ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ ഗ്രോത്ത് ടെക്നോളജി

ഈ സാങ്കേതിക വിദ്യയ്ക്ക് ഡിസ്ലോക്കേഷൻ സാന്ദ്രത കുറയ്ക്കാനും GaN എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളികളുടെ ക്രിസ്റ്റൽ ഗുണനിലവാരം മെച്ചപ്പെടുത്താനും കഴിയും. പ്രക്രിയയിൽ ഇവ ഉൾപ്പെടുന്നു:

• അനുയോജ്യമായ ഒരു അടിവസ്ത്രത്തിൽ (ഇന്ദ്രനീലം അല്ലെങ്കിൽ SiC) ഒരു GaN പാളി നിക്ഷേപിക്കുന്നു.
• മുകളിൽ ഒരു പോളിക്രിസ്റ്റലിൻ SiO₂ മാസ്ക് പാളി നിക്ഷേപിക്കുന്നു.
• GaN വിൻഡോകളും SiO₂ മാസ്ക് സ്ട്രിപ്പുകളും സൃഷ്ടിക്കാൻ ഫോട്ടോലിത്തോഗ്രാഫിയും എച്ചിംഗും ഉപയോഗിക്കുന്നു.തുടർന്നുള്ള വളർച്ചയിൽ, GaN ആദ്യം ജനാലകളിൽ ലംബമായും പിന്നീട് SiO₂ സ്ട്രിപ്പുകൾക്ക് മുകളിലൂടെ പാർശ്വസ്ഥമായും വളരുന്നു.

XKH-ന്റെ GaN-ഓൺ-സഫയർ വേഫർ

4. പെൻഡിയോ-എപിറ്റാക്സി ടെക്നോളജി

ഈ രീതി, അടിവസ്ത്രത്തിനും എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളിക്കും ഇടയിലുള്ള ലാറ്റിസും താപ പൊരുത്തക്കേടും മൂലമുണ്ടാകുന്ന ലാറ്റിസ് വൈകല്യങ്ങളെ ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കുകയും, GaN ക്രിസ്റ്റലിന്റെ ഗുണനിലവാരം കൂടുതൽ മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു. ഘട്ടങ്ങളിൽ ഇവ ഉൾപ്പെടുന്നു:

• രണ്ട് ഘട്ടങ്ങളായുള്ള പ്രക്രിയ ഉപയോഗിച്ച് അനുയോജ്യമായ ഒരു അടിവസ്ത്രത്തിൽ (6H-SiC അല്ലെങ്കിൽ Si) ഒരു GaN എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളി വളർത്തുന്നു.
• എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളിയുടെ അടിവസ്ത്രം വരെ സെലക്ടീവ് എച്ചിംഗ് നടത്തി, ഒന്നിടവിട്ട പില്ലറും (GaN/ബഫർ/സബ്‌സ്ട്രേറ്റ്) ട്രെഞ്ച് ഘടനകളും സൃഷ്ടിക്കുന്നു.
• കിടങ്ങുകൾക്ക് മുകളിൽ തൂക്കിയിട്ടിരിക്കുന്ന, യഥാർത്ഥ GaN തൂണുകളുടെ പാർശ്വഭിത്തികളിൽ നിന്ന് പാർശ്വസ്ഥമായി നീളുന്ന അധിക GaN പാളികൾ വളരുന്നു.മാസ്‌ക് ഉപയോഗിക്കാത്തതിനാൽ, GaN ഉം മാസ്‌ക് മെറ്റീരിയലുകളും തമ്മിലുള്ള സമ്പർക്കം ഇത് ഒഴിവാക്കുന്നു.

XKH ന്റെ GaN-ഓൺ-സിലിക്കൺ വേഫർ

5. ഹ്രസ്വ-തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള UV LED എപ്പിറ്റാക്സിയൽ മെറ്റീരിയലുകളുടെ വികസനം.

ഇത് UV-ഉത്തേജിത ഫോസ്ഫർ അധിഷ്ഠിത വെളുത്ത LED-കൾക്ക് ശക്തമായ അടിത്തറയിടുന്നു. ഉയർന്ന കാര്യക്ഷമതയുള്ള പല ഫോസ്ഫറുകളും UV പ്രകാശത്താൽ ഉത്തേജിപ്പിക്കപ്പെടാൻ കഴിയും, ഇത് നിലവിലുള്ള YAG:Ce സിസ്റ്റത്തേക്കാൾ ഉയർന്ന പ്രകാശ കാര്യക്ഷമത വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു, അതുവഴി വെളുത്ത LED പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു.

6. മൾട്ടി-ക്വാണ്ടം വെൽ (MQW) ചിപ്പ് ടെക്നോളജി

MQW ഘടനകളിൽ, പ്രകാശം പുറപ്പെടുവിക്കുന്ന പാളിയുടെ വളർച്ചയ്ക്കിടെ വ്യത്യസ്ത മാലിന്യങ്ങൾ ഡോപ്പ് ചെയ്ത് വ്യത്യസ്ത ക്വാണ്ടം കിണറുകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നു. ഈ കിണറുകളിൽ നിന്ന് പുറപ്പെടുവിക്കുന്ന ഫോട്ടോണുകളുടെ പുനഃസംയോജനം നേരിട്ട് വെളുത്ത വെളിച്ചം ഉൽ‌പാദിപ്പിക്കുന്നു. ഈ രീതി പ്രകാശ കാര്യക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെലവ് കുറയ്ക്കുകയും പാക്കേജിംഗും സർക്യൂട്ട് നിയന്ത്രണവും ലളിതമാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു, എന്നിരുന്നാലും ഇത് കൂടുതൽ സാങ്കേതിക വെല്ലുവിളികൾ ഉയർത്തുന്നു.

7. "ഫോട്ടോൺ റീസൈക്ലിംഗ്" സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ വികസനം.

1999 ജനുവരിയിൽ, ജപ്പാനിലെ സുമിറ്റോമോ ZnSe മെറ്റീരിയൽ ഉപയോഗിച്ച് ഒരു വെളുത്ത LED വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു. ഒരു ZnSe സിംഗിൾ-ക്രിസ്റ്റൽ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിൽ ഒരു CdZnSe നേർത്ത ഫിലിം വളർത്തുന്നതാണ് ഈ സാങ്കേതികവിദ്യ. വൈദ്യുതീകരിക്കുമ്പോൾ, ഫിലിം നീല വെളിച്ചം പുറപ്പെടുവിക്കുന്നു, ഇത് ZnSe സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുമായി സംവദിച്ച് പൂരക മഞ്ഞ വെളിച്ചം ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു, അതിന്റെ ഫലമായി വെളുത്ത വെളിച്ചം ലഭിക്കും. അതുപോലെ, ബോസ്റ്റൺ യൂണിവേഴ്‌സിറ്റിയിലെ ഫോട്ടോണിക്‌സ് റിസർച്ച് സെന്റർ വെളുത്ത വെളിച്ചം സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനായി ഒരു നീല GaN-LED-യിൽ ഒരു AlInGaP സെമികണ്ടക്ടർ സംയുക്തം സ്ഥാപിച്ചു.

8. LED എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫർ പ്രോസസ് ഫ്ലോ

① എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫർ ഫാബ്രിക്കേഷൻ:
സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് → ഘടനാ രൂപകൽപ്പന → ബഫർ പാളി വളർച്ച → N-തരം GaN പാളി വളർച്ച → MQW പ്രകാശം പുറപ്പെടുവിക്കുന്ന പാളി വളർച്ച → P-തരം GaN പാളി വളർച്ച → അനിയലിംഗ് → പരിശോധന (ഫോട്ടോലുമിനെസെൻസ്, എക്സ്-റേ) → എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫർ

② ചിപ്പ് നിർമ്മാണം:
എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫർ → മാസ്ക് ഡിസൈനും നിർമ്മാണവും → ഫോട്ടോലിത്തോഗ്രാഫി → അയോൺ എച്ചിംഗ് → എൻ-ടൈപ്പ് ഇലക്ട്രോഡ് (ഡിപ്പോസിഷൻ, അനീലിംഗ്, എച്ചിംഗ്) → പി-ടൈപ്പ് ഇലക്ട്രോഡ് (ഡിപ്പോസിഷൻ, അനീലിംഗ്, എച്ചിംഗ്) → ഡൈസിംഗ് → ചിപ്പ് പരിശോധനയും ഗ്രേഡിംഗും.

ZMSH-ന്റെ GaN-on-SiC വേഫർ