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LED外延片技术发展趋势及工艺

  LED的波长、亮度、正向电压等主要光电参数基本上取决于外延片材料,因此,外延片材料作为LED工作原理中的核心部分,了解LED外延片技术的发展及工艺非常重要。
    1.改进两步法生长工艺
    目前商业化生产采用的是两步生长工艺,但一次可装入衬底数有限,6片机比较成熟,20片左右的机台还在成熟中,片数较多后导致外延片均匀性不够。发展趋势是 两个方向:一是开发可一次在反应室中装入更多个衬底外延片生长,更加适合于规模化生产的技术,以降低成本;另外一个方向是高度自动化的可重复性的单片设备。
    2.氢化物汽相外延片(HVPE)技术
    采用这种技术可以快速生长出低位元错密度的厚膜,可以用做采用其他方法进行同质外延片生长的衬底。并且和衬底分离的GaN薄膜有可能成为体单晶GaN芯片的替代品。HVPE的缺点是很难精确控制膜厚,反应气体对设备具有腐蚀性,影响GaN材料纯度的进一步提高。
    3.选择性外延片生长或侧向外延片生长技术
    采用这种技术可以进一步减少位元错密度,改善GaN外延片层的晶体品质。首先在合适的衬底上(蓝宝石或碳化硅)沉积一层GaN,再在其上沉积一层多晶态的 SiO掩膜层,然后利用光刻和刻蚀技术,形成GaN视窗和掩膜层条。在随后的生长过程中,外延片GaN首先在GaN视窗上生长,然后再横向生长于SiO条 上。
    4.悬空外延片技术(Pendeo-epitaxy)
    采用这种方法可以大大减少由于衬底和外延片层之间晶格失配和热失配引发的外延片层中大量的晶格缺陷,pcb抄板从而进一步提高GaN外延片层的晶体品质。首先在合适的衬底 上( 6H-SiC或Si)采用两步工艺生长GaN外延片层。然后对外延片膜进行选区刻蚀,一直深入到衬底。这样就形成了GaN/缓冲层/衬底的柱状结构和沟槽交替 的形状。然后再进行GaN外延片层的生长,此时生长的GaN外延片层悬空于沟槽上方,是在原GaN外延片层侧壁的横向外延片生长。采用这种方法,不需要掩膜,因此 避免了GaN和醃膜材料之间的接触。
    5.研发波长短的UV LED外延片材料
    它为发展UV三基色萤光粉白光LED奠定扎实基础。可供UV光激发的高效萤光粉很多,其发光效率比目前使用的YAG:Ce体系高许多,这样容易使白光LED上到新臺阶。
    6.开发多量子阱型芯片技术
    多量子阱型是在芯片发光层的生长过程中,掺杂不同的杂质以制造结构不同的量子阱,通过不同量子阱发出的多种光子复合直接发出白光。该方法提高发光效率,可降低成本,降低包装及电路的控制难度;但技术难度相对较大。
    7.开发「光子再迴圈」技术
    日本Sumitomo在1999年1月研制出ZnSe材料的白光LED。其技术是先在ZnSe单晶基底上生长一层CdZnSe薄膜,通电后该薄膜发出的蓝 光与基板ZnSe作用发出互补的黄光,从而形成白光光源。美国Boston大学光子研究中心用同样的方法在蓝光GaN-LED上叠放一层AlInGaP半 导体复合物,也生成了白光。
    LED外延片工艺
    衬底》结构设计》缓冲层生长》N型GaN层生长》多量子阱发光层生长》P型GaN层生长》退火》检测(光萤光、X射线)》外延片片
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