Οι επιταξιακοί δίσκοι LED αποτελούν τον πυρήνα των συσκευών LED, καθορίζοντας άμεσα βασικές οπτοηλεκτρονικές ιδιότητες όπως το μήκος κύματος εκπομπής, η φωτεινότητα και η τάση προς τα εμπρός. Μεταξύ όλων των τεχνικών κατασκευής, η Metal-Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) παίζει κυρίαρχο ρόλο στην επιταξιακή ανάπτυξη ημιαγωγών ενώσεων III-V και II-VI. Παρακάτω παρατίθενται αρκετές τεχνολογικές εξελίξεις και τάσεις που διαμορφώνουν το μέλλον της επιταξίας LED.

1. Βελτιστοποίηση της τεχνικής ανάπτυξης δύο σταδίων

Το εμπορικό πρότυπο περιλαμβάνει μια διαδικασία επιταξιακής ανάπτυξης δύο σταδίων. Ωστόσο, οι τρέχοντες αντιδραστήρες MOCVD μπορούν να φιλοξενήσουν μόνο περιορισμένο αριθμό υποστρωμάτων ανά κύκλο—συνήθως 6 δίσκους—ενώ οι διαμορφώσεις 20 δίσκων εξακολουθούν να βρίσκονται υπό βελτιστοποίηση. Αυτός ο περιορισμός επηρεάζει την ομοιομορφία σε όλους τους δίσκους. Οι μελλοντικές κατευθύνσεις περιλαμβάνουν:

• Κλιμάκωση:Ανάπτυξη αντιδραστήρων που υποστηρίζουν υψηλότερα φορτία δίσκων για μείωση του κόστους ανά μονάδα.

• Αυτοματοποίηση:Έμφαση σε εργαλεία ενός δίσκου με υψηλή αναπαραγωγιμότητα και αυτοματοποίηση της διαδικασίας.

2. Hydride Vapor Phase Epitaxy (HVPE)

Η HVPE επιτρέπει την ταχεία ανάπτυξη παχιών στρώσεων GaN με χαμηλή πυκνότητα ατελειών νημάτων. Αυτά τα φιλμ μπορούν να χρησιμεύσουν ως υποστρώματα για ομοεπιταξιακή ανάπτυξη μέσω άλλων μεθόδων. Επιπλέον, τα αυτόνομα φιλμ GaN που διαχωρίζονται από τα αρχικά υποστρώματα θα μπορούσαν να χρησιμεύσουν ως εναλλακτικές λύσεις στο χύδην GaN. Ωστόσο, η HVPE υποφέρει από κακό έλεγχο του πάχους και διαβρωτικά υποπροϊόντα, τα οποία περιορίζουν την καθαρότητα του υλικού.

3. Επιλεκτική ή πλευρική επιταξιακή υπερανάπτυξη

Αυτή η μέθοδος βελτιώνει σημαντικά την ποιότητα των κρυστάλλων μειώνοντας την πυκνότητα των ελαττωμάτων στις στρώσεις GaN. Ένα στρώμα GaN εναποτίθεται πρώτα σε ένα υπόστρωμα (συνήθως ζαφείρι ή SiC), ακολουθούμενο από ένα πολυκρυσταλλικό στρώμα μάσκας SiO₂. Η φωτολιθογραφία και η χάραξη εκθέτουν παράθυρα στο στρώμα GaN. Στη συνέχεια, το GaN αναπτύσσεται κάθετα σε αυτά τα παράθυρα πριν επεκταθεί πλευρικά κατά μήκος της μάσκας.

4. Pendeo-Epitaxy για μείωση ελαττωμάτων

Η Pendeo-epitaxy προσφέρει έναν τρόπο για τον μετριασμό των ελαττωμάτων που προκαλούνται από την ασυμφωνία πλέγματος και θερμικής ασυμφωνίας. Το GaN αναπτύσσεται σε υποστρώματα όπως 6H-SiC ή Si χρησιμοποιώντας μια διαδικασία δύο σταδίων. Η σχεδιασμένη χάραξη δημιουργεί εναλλασσόμενες δομές στύλων και τάφρων GaN, στις οποίες η πλευρική ανάπτυξη σχηματίζει αιωρούμενα στρώματα GaN. Αυτή η μέθοδος εξαλείφει την ανάγκη για ένα στρώμα μάσκας και αποφεύγει τη μόλυνση του υλικού.

5. Ανάπτυξη υλικών UV LED

Καταβάλλονται προσπάθειες για την ανάπτυξη υλικών UV LED μικρού μήκους κύματος, παρέχοντας μια σταθερή βάση για λευκά LED που διεγείρονται με UV χρησιμοποιώντας τριχρωματικούς φωσφόρους. Αυτοί οι φωσφόροι, πιο αποδοτικοί από τα συμβατικά συστήματα που βασίζονται σε YAG:Ce, έχουν τη δυνατότητα να βελτιώσουν σημαντικά την φωτεινή απόδοση.

6. Τεχνολογία τσιπ Multi-Quantum Well (MQW)

Οι δομές MQW εισάγουν στρώματα με διαφορετικούς προσμίξεις και συνθέσεις κατά την ανάπτυξη, δημιουργώντας κβαντικά πηγάδια που εκπέμπουν φωτόνια διαφόρων μηκών κύματος. Αυτή η τεχνική επιτρέπει την άμεση εκπομπή λευκού φωτός και μειώνει την πολυπλοκότητα στο σχεδιασμό κυκλωμάτων και συσκευασιών, αν και παρουσιάζει σημαντικές προκλήσεις κατασκευής.

7. Τεχνολογία ανακύκλωσης φωτονίων

Η Sumitomo Electric ανέπτυξε ένα λευκό LED χρησιμοποιώντας ZnSe και CdZnSe το 1999. Το μπλε φως που εκπέμπεται από το στρώμα CdZnSe διεγείρει το υπόστρωμα ZnSe, παράγοντας συμπληρωματικό κίτρινο φως, με αποτέλεσμα λευκή εκπομπή. Ομοίως, το Πανεπιστήμιο της Βοστώνης πέτυχε λευκό φως στρώνοντας AlInGaP πάνω από μπλε LED με βάση το GaN.

Ροή διεργασίας επιταξιακών δίσκων LED

Επιταξιακή Ανάπτυξη:
Υπόστρωμα → Δομικός Σχεδιασμός → Στρώμα Buffer → Στρώμα GaN τύπου N → Στρώμα εκπομπής MQW → Στρώμα GaN τύπου P → Ανόπτηση → Οπτική/Ακτινολογική επιθεώρηση → Ολοκλήρωση δίσκου

Κατασκευή τσιπ:
Δίσκος → Σχεδιασμός μάσκας & Λιθογραφία → Χάραξη ιόντων → Εναπόθεση/Ανόπτηση N-ηλεκτροδίου → Εναπόθεση/Ανόπτηση P-ηλεκτροδίου → Κοπή → Ταξινόμηση & Διαλογή