Principes et procédés de la technologie des plaquettes épitaxiales LED

D'après le principe de fonctionnement des LED, il est évident que les matériaux des plaquettes épitaxiales sont le composant principal des LED. En fait, les principaux paramètres optoélectroniques tels que la longueur d'onde, la luminosité et la tension directe sont largement déterminés par le matériau de la plaquette épitaxiale. La technologie et les équipements des plaquettes épitaxiales sont essentiels au processus de fabrication, la déposition chimique en phase vapeur organométallique (MOCVD) étant la principale méthode de croissance de monocristaux en couches minces de composés et d'alliages des groupes III-V et II-VI. Vous trouverez ci-dessous quelques tendances futures de la technologie des plaquettes épitaxiales LED.

1. Amélioration du processus de croissance en deux étapes

Actuellement, la production commerciale utilise un processus de croissance en deux étapes, mais le nombre de substrats pouvant être chargés en une seule fois est limité. Bien que les machines à 6 plaquettes soient relativement matures, les machines capables de traiter une vingtaine de plaquettes sont encore en développement. L'augmentation du nombre de plaquettes entraîne souvent une uniformité insuffisante des plaquettes épitaxiales. Le développement futur se concentrera sur deux directions : premièrement, le développement d'une technologie permettant de charger davantage de substrats dans la chambre de réaction en une seule fois, ce qui la rendra plus adaptée à la production à grande échelle et à la réduction des coûts ; deuxièmement, un équipement à une seule plaquette hautement automatisé et reproductible.

2. Technologie d'épitaxie en phase vapeur d'hydrure (HVPE)

Cette technologie permet la croissance rapide de films épais à faible densité de dislocations, qui peuvent servir de substrats pour la croissance homoépitaxiale en utilisant d'autres méthodes. De plus, les films de GaN séparés du substrat peuvent devenir des alternatives aux puces de GaN monocristallin en vrac. Cependant, la HVPE présente des inconvénients, tels que la difficulté de contrôler avec précision l'épaisseur du film et la nature corrosive des gaz de réaction, ce qui entrave de nouvelles améliorations de la pureté du matériau GaN.

HVPE-GaN dopé au Si

(a) Structure du réacteur HVPE-GaN dopé au Si ; (b) Image de HVPE-GaN dopé au Si de 800 μm d'épaisseur ;

(c) Distribution de la concentration de porteurs libres le long du diamètre du HVPE-GaN dopé au Si

3. Technologie de croissance épitaxiale sélective ou de croissance épitaxiale latérale

Cette technologie peut réduire davantage la densité de dislocations et améliorer la qualité cristalline des couches épitaxiales de GaN. Le processus consiste d'abord à déposer une couche de GaN sur un substrat approprié (saphir ou carbure de silicium), suivie d'une couche de masque de SiO polycristallin. Des techniques de photolithographie et de gravure sont ensuite utilisées pour créer des fenêtres de GaN et des bandes de masque. Au cours de la croissance ultérieure, le GaN épitaxial croît d'abord sur les fenêtres de GaN, puis s'étend latéralement sur les bandes de SiO.

Plaquette GaN-sur-saphir de ZMSH

4. Technologie de pendeo-épitaxie

Cette méthode réduit considérablement le grand nombre de défauts de réseau dans les couches épitaxiales causés par le désaccord de réseau et thermique entre le substrat et la couche épitaxiale, améliorant ainsi davantage la qualité cristalline des couches épitaxiales de GaN. Le processus commence par la croissance d'une couche épitaxiale de GaN sur un substrat approprié (6H-SiC ou Si) en utilisant un processus en deux étapes. Le film épitaxial est ensuite gravé sélectivement jusqu'à ce que le substrat soit exposé, formant des structures colonnaires alternées (GaN/couche tampon/substrat) et des tranchées. La croissance épitaxiale de GaN ultérieure se produit en suspension au-dessus des tranchées, impliquant une croissance épitaxiale latérale à partir des parois latérales de la couche épitaxiale de GaN d'origine. Cette méthode élimine le besoin d'un masque, évitant ainsi le contact entre le GaN et les matériaux du masque.

Plaquette GaN-sur-silicium de ZMSH

5. Développement de matériaux épitaxiaux LED UV à courte longueur d'onde

Cela jette des bases solides pour le développement de LED blanches à base de phosphores trichromatiques UV. De nombreux phosphores efficaces peuvent être excités par la lumière UV, offrant un rendement lumineux plus élevé que le système YAG:Ce actuellement utilisé, faisant ainsi progresser la technologie des LED blanches.

6. Développement de la technologie des puces à puits quantiques multiples (MQW)

Dans les puces MQW, différentes impuretés sont dopées pendant la croissance de la couche émettrice de lumière pour créer des puits quantiques avec des structures variables. La recombinaison des photons émis par ces puits quantiques produit directement de la lumière blanche. Cette méthode améliore le rendement lumineux, réduit les coûts et simplifie l'emballage et le contrôle des circuits, bien qu'elle présente de plus grands défis techniques.

7. Développement de la technologie de « recyclage des photons »

En janvier 1999, Sumitomo, au Japon, a développé une LED blanche utilisant du matériau ZnSe. La technologie consiste à faire croître un film mince de CdZnSe sur un substrat monocristallin de ZnSe. Lorsqu'il est électrifié, le film émet une lumière bleue, qui interagit avec le substrat de ZnSe pour produire une lumière jaune complémentaire, ce qui donne une lumière blanche. De même, le Centre de recherche en photonique de l'Université de Boston aux États-Unis a placé un composite semi-conducteur AlInGaP sur une LED GaN bleue pour générer de la lumière blanche.

8. Processus des plaquettes épitaxiales LED

Substrat >> Conception structurelle >> Croissance de la couche tampon >> Croissance de la couche GaN de type N >> Croissance de la couche émettrice de lumière MQW >> Croissance de la couche GaN de type P >> Recuit >> Tests (photoluminescence, rayons X) >> Plaquette épitaxiale

Plaquette épitaxiale >> et Fabrication du masque >> Photolithographie >> Gravure ionique >> Électrode de type N (dépôt, recuit, gravure) >> Électrode de type P (dépôt, recuit, gravure) >> Découpe >> Tri et classement des puces

En tant que fournisseur professionnel dans le domaine de la technologie des plaquettes épitaxiales LED, ZMSH propose des solutions techniques complètes, notamment la croissance épitaxiale MOCVD, la préparation de films épais HVPE, l'épitaxie sélective et la conception de structures à puits quantiques. Nous fournissons des matériaux clés tels que les substrats saphir/SiC, les plaquettes épitaxiales GaN, les matériaux LED UV et les masques de support. Équipé d'installations de traitement et de test complètes ainsi que de systèmes de processus matures, ZMSH propose des services uniques allant de la sélection des matériaux et de la conception structurelle au traitement personnalisé, aidant nos clients à réaliser l'innovation technologique et les mises à niveau des produits dans l'affichage de l'éclairage, les applications UV et autres domaines connexes.

Plaquette GaN-sur-SiC de ZMSH