مبادئ وعمليات تكنولوجيا رقائق أشباه الموصلات الضوئية LED

من مبدأ عمل مصابيح LED، يتضح أن مواد رقائق أشباه الموصلات الضوئية هي المكون الأساسي لمصابيح LED. في الواقع، يتم تحديد المعلمات الكهروضوئية الرئيسية مثل الطول الموجي والسطوع والجهد الأمامي إلى حد كبير من خلال مادة رقائق أشباه الموصلات الضوئية. تعتبر تكنولوجيا ومعدات رقائق أشباه الموصلات الضوئية أمرًا بالغ الأهمية لعملية التصنيع، حيث أن ترسيب البخار الكيميائي العضوي للمعادن (MOCVD) هو الطريقة الأساسية لزراعة بلورات أحادية الطبقة الرقيقة من مركبات وسبائك المجموعة III-V و II-VI. فيما يلي بعض الاتجاهات المستقبلية في تكنولوجيا رقائق أشباه الموصلات الضوئية LED.

1. تحسين عملية النمو على خطوتين

حاليًا، تستخدم الإنتاج التجاري عملية نمو على خطوتين، ولكن عدد الركائز التي يمكن تحميلها مرة واحدة محدود. في حين أن آلات 6 رقائق ناضجة نسبيًا، فإن الآلات القادرة على التعامل مع حوالي 20 رقاقة لا تزال قيد التطوير. غالبًا ما يؤدي زيادة عدد الرقائق إلى عدم كفاية التوحيد في رقائق أشباه الموصلات الضوئية. سيركز التطوير المستقبلي على اتجاهين: أولاً، تطوير التكنولوجيا التي تسمح بتحميل المزيد من الركائز في غرفة التفاعل مرة واحدة، مما يجعلها أكثر ملاءمة للإنتاج على نطاق واسع وتقليل التكاليف؛ ثانيًا، معدات رقاقة واحدة مؤتمتة للغاية وقابلة للتكرار.

2. تكنولوجيا النمو التبخيري الهيدريدي (HVPE)

تمكن هذه التكنولوجيا من النمو السريع للأغشية السميكة ذات كثافة منخفضة للتشوه، والتي يمكن أن تكون بمثابة ركائز للنمو المتجانس باستخدام طرق أخرى. بالإضافة إلى ذلك، قد تصبح أغشية GaN المنفصلة عن الركيزة بدائل لرقائق GaN أحادية البلورة. ومع ذلك، فإن HVPE له عيوب، مثل صعوبة التحكم بدقة في سمك الفيلم والطبيعة المسببة للتآكل لغازات التفاعل، مما يعيق المزيد من التحسينات في نقاء مادة GaN.

HVPE-GaN المضاف إليه Si

(أ) هيكل مفاعل HVPE-GaN المضاف إليه Si؛ (ب) صورة لـ HVPE-GaN المضاف إليه Si بسمك 800 ميكرومتر؛

(ج) توزيع تركيز الناقل الحر على طول قطر HVPE-GaN المضاف إليه Si

3. تكنولوجيا النمو الانتقائي لأشباه الموصلات الضوئية أو النمو الجانبي لأشباه الموصلات الضوئية

يمكن لهذه التكنولوجيا أن تقلل من كثافة التشوه وتحسن الجودة البلورية لطبقات GaN أشباه الموصلات الضوئية. تتضمن العملية أولاً ترسيب طبقة من GaN على ركيزة مناسبة (الياقوت أو كربيد السيليكون)، ثم طبقة من قناع SiO متعدد البلورات. ثم يتم استخدام تقنيات التصوير الضوئي والحفر لإنشاء نوافذ GaN وشرائط قناع. أثناء النمو اللاحق، ينمو GaN أشباه الموصلات الضوئية أولاً على نوافذ GaN ثم يمتد جانبيًا فوق شرائط SiO.

رقاقة ZMSH's GaN-on-Sapphire

4. تكنولوجيا Pendeo-Epitaxy

تقلل هذه الطريقة بشكل كبير من العدد الكبير من عيوب الشبكة في طبقات أشباه الموصلات الضوئية الناتجة عن عدم تطابق الشبكة والحرارة بين الركيزة وطبقة أشباه الموصلات الضوئية، وبالتالي تحسين الجودة البلورية لطبقات GaN أشباه الموصلات الضوئية. تبدأ العملية بزراعة طبقة GaN أشباه الموصلات الضوئية على ركيزة مناسبة (6H-SiC أو Si) باستخدام عملية من خطوتين. ثم يتم حفر الفيلم أشباه الموصلات الضوئية بشكل انتقائي حتى تتعرض الركيزة، مما يشكل هياكل عمودية متناوبة (GaN / طبقة عازلة / ركيزة) وخنادق. يحدث النمو اللاحق لـ GaN أشباه الموصلات الضوئية معلقًا فوق الخنادق، ويتضمن النمو الجانبي لأشباه الموصلات الضوئية من الجدران الجانبية لطبقة GaN أشباه الموصلات الضوئية الأصلية. تزيل هذه الطريقة الحاجة إلى قناع، وتجنب الاتصال بين GaN ومواد القناع.

رقاقة ZMSH's GaN-on-Silicon

5. تطوير مواد أشباه الموصلات الضوئية LED للأشعة فوق البنفسجية ذات الطول الموجي القصير

هذا يضع أساسًا متينًا لتطوير مصابيح LED بيضاء ثلاثية الألوان تعتمد على الفوسفور للأشعة فوق البنفسجية. يمكن إثارة العديد من الفوسفورات الفعالة بواسطة ضوء الأشعة فوق البنفسجية، مما يوفر كفاءة إضاءة أعلى من نظام YAG:Ce المستخدم حاليًا، وبالتالي تطوير تكنولوجيا LED البيضاء.

6. تطوير تكنولوجيا رقائق الآبار الكمومية المتعددة (MQW)

في رقائق MQW، يتم إضافة شوائب مختلفة أثناء نمو الطبقة الباعثة للضوء لإنشاء آبار كمومية ذات هياكل مختلفة. ينتج عن إعادة تركيب الفوتونات المنبعثة من هذه الآبار الكمومية ضوءًا أبيضًا بشكل مباشر. تعمل هذه الطريقة على تحسين كفاءة الإضاءة وتقليل التكاليف وتبسيط التحكم في التعبئة والدوائر، على الرغم من أنها تمثل تحديات فنية أكبر.

7. تطوير تكنولوجيا "إعادة تدوير الفوتون"

في يناير 1999، طورت شركة Sumitomo اليابانية مصباح LED أبيض باستخدام مادة ZnSe. تتضمن التكنولوجيا زراعة طبقة رقيقة من CdZnSe على ركيزة ZnSe أحادية البلورة. عند التكهرب، ينبعث الفيلم ضوءًا أزرق، والذي يتفاعل مع ركيزة ZnSe لإنتاج ضوء أصفر تكميلي، مما يؤدي إلى ضوء أبيض. وبالمثل، وضع مركز أبحاث الفوتونات في جامعة بوسطن في الولايات المتحدة مركب أشباه موصلات AlInGaP على مصباح LED أزرق GaN لتوليد ضوء أبيض.

8. عملية رقائق أشباه الموصلات الضوئية LED

الركيزة >> التصميم الهيكلي >> نمو الطبقة العازلة >> نمو طبقة GaN من النوع N >> نمو طبقة MQW الباعثة للضوء >> نمو طبقة GaN من النوع P >> التلدين >> الاختبار (التألق الضوئي، الأشعة السينية) >> رقاقة أشباه الموصلات الضوئية

رقاقة أشباه الموصلات الضوئية >> وتصنيع القناع >> التصوير الضوئي >> الحفر الأيوني >> قطب كهربائي من النوع N (الترسيب، التلدين، الحفر) >> قطب كهربائي من النوع P (الترسيب، التلدين، الحفر) >> التقطيع >> فرز الرقائق وتصنيفها

بصفتها موردًا محترفًا في مجال تكنولوجيا رقائق أشباه الموصلات الضوئية LED، توفر ZMSH حلولًا فنية شاملة بما في ذلك النمو أشباه الموصلات الضوئية MOCVD، وإعداد الأغشية السميكة HVPE، والنمو الانتقائي، وتصميم هيكل الآبار الكمومية. نحن نوفر المواد الرئيسية مثل ركائز الياقوت / SiC، ورقائق GaN أشباه الموصلات الضوئية، ومواد LED للأشعة فوق البنفسجية، والأقنعة الداعمة. مزودة بمرافق معالجة واختبار كاملة جنبًا إلى جنب مع أنظمة عمليات ناضجة، تقدم ZMSH خدمات شاملة تتراوح من اختيار المواد والتصميم الهيكلي إلى المعالجة المخصصة، مما يدعم عملائنا في تحقيق الابتكار التكنولوجي وترقية المنتجات في عرض الإضاءة وتطبيقات الأشعة فوق البنفسجية والمجالات الأخرى ذات الصلة.

رقاقة ZMSH's GaN-on-SiC