LED外延片技術(shù)發(fā)展趨勢及LED外延片工藝

從led工作原理可知，外延片材料是LED的核心部分，事實上，LED的波長、亮度、正向電壓等主要光電參數(shù)基本上取決于外延片材料。外延片技術(shù)與設(shè)備是 外延片制造技術(shù)的關(guān)鍵所在，金屬有機物化學(xué)氣相淀積(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，簡稱MOCVD)技術(shù)生長III-V族，II-VI族化合物及合金的薄層單晶的主要方法。下面是關(guān)于LED未來外延片技術(shù)的一些發(fā)展趨勢。

1.改進(jìn)兩步法生長工藝
目前商業(yè)化生產(chǎn)采用的是兩步生長工藝，但一次可裝入襯底數(shù)有限，6片機比較成熟，20片左右的機臺還在成熟中，片數(shù)較多后導(dǎo)致外延片均勻性不夠。發(fā)展趨勢是 兩個方向：一是開發(fā)可一次在反應(yīng)室中裝入更多個襯底外延片生長，更加適合于規(guī)模化生產(chǎn)的技術(shù)，以降低成本；另外一個方向是高度自動化的可重復(fù)性的單片設(shè)備。

2.氫化物汽相外延片(HVPE)技術(shù)
采用這種技術(shù)可以快速生長出低位元錯密度的厚膜，可以用做采用其他方法進(jìn)行同質(zhì)外延片生長的襯底。并且和襯底分離的GaN薄膜有可能成為體單晶GaN芯片的替代品。HVPE的缺點是很難精確控制膜厚，反應(yīng)氣體對設(shè)備具有腐蝕性，影響GaN材料純度的進(jìn)一步提高。

3.選擇性外延片生長或側(cè)向外延片生長技術(shù)
采用這種技術(shù)可以進(jìn)一步減少位元錯密度，改善GaN外延片層的晶體品質(zhì)。首先在合適的襯底上(藍(lán)寶石或碳化硅)沉積一層GaN，再在其上沉積一層多晶態(tài)的 SiO掩膜層，然后利用光刻和刻蝕技術(shù)，形成GaN視窗和掩膜層條。在隨后的生長過程中，外延片GaN首先在GaN視窗上生長，然后再橫向生長于SiO條 上。

4.懸空外延片技術(shù)(Pendeo-epitaxy)
采用這種方法可以大大減少由于襯底和外延片層之間晶格失配和熱失配引發(fā)的外延片層中大量的晶格缺陷，從而進(jìn)一步提高GaN外延片層的晶體品質(zhì)。首先在合適的襯底 上( 6H-SiC或Si)采用兩步工藝生長GaN外延片層。然后對外延片膜進(jìn)行選區(qū)刻蝕，一直深入到襯底。這樣就形成了GaN/緩沖層/襯底的柱狀結(jié)構(gòu)和溝槽交替 的形狀。然后再進(jìn)行GaN外延片層的生長，此時生長的GaN外延片層懸空于溝槽上方，是在原GaN外延片層側(cè)壁的橫向外延片生長。采用這種方法，不需要掩膜，因此 避免了GaN和醃膜材料之間的接觸。

5.研發(fā)波長短的UV LED外延片材料
它為發(fā)展UV三基色螢光粉白光LED奠定扎實基礎(chǔ)?？晒︰V光激發(fā)的高效螢光粉很多，其發(fā)光效率比目前使用的YAG：Ce體系高許多，這樣容易使白光LED上到新臺階。

6.開發(fā)多量子阱型芯片技術(shù)
多量子阱型是在芯片發(fā)光層的生長過程中，摻雜不同的雜質(zhì)以制造結(jié)構(gòu)不同的量子阱，通過不同量子阱發(fā)出的多種光子復(fù)合直接發(fā)出白光。該方法提高發(fā)光效率，可降低成本，降低包裝及電路的控制難度；但技術(shù)難度相對較大。

7.開發(fā)「光子再迴圈」技術(shù)
日本Sumitomo在1999年1月研制出ZnSe材料的白光LED。其技術(shù)是先在ZnSe單晶基底上生長一層CdZnSe薄膜，通電后該薄膜發(fā)出的藍(lán) 光與基板ZnSe作用發(fā)出互補的黃光，從而形成白光光源。美國Boston大學(xué)光子研究中心用同樣的方法在藍(lán)光GaN-LED上疊放一層AlInGaP半 導(dǎo)體復(fù)合物，也生成了白光。

LED外延片工藝
襯底>>結(jié)構(gòu)設(shè)計>>緩沖層生長>>N型GaN層生長>>多量子阱發(fā)光層生長>>P型GaN層生長>>退火>>檢測（光螢光、X射線）>>外延片片
外延片>>設(shè)計、加工掩模版>>光刻>>離子刻蝕>>N型電極（鍍膜、退火、刻蝕）>>P型電極（鍍膜、退火、刻蝕）>>劃片>>芯片分檢、分級