LED Epitaxial Wafer များ၏ နည်းပညာဆိုင်ရာ အခြေခံမူများနှင့် လုပ်ငန်းစဉ်များ

LED များ၏ အလုပ်လုပ်ပုံနိယာမအရ epitaxial wafer ပစ္စည်းသည် LED ၏ အဓိကအစိတ်အပိုင်းဖြစ်ကြောင်း ထင်ရှားပါသည်။ အမှန်စင်စစ်၊ wavelength၊ brightness နှင့် forward voltage ကဲ့သို့သော အဓိက optoelectronic parameters များကို epitaxial ပစ္စည်းက အများအားဖြင့် ဆုံးဖြတ်ပါသည်။ Epitaxial wafer နည်းပညာနှင့် ပစ္စည်းကိရိယာများသည် ထုတ်လုပ်မှုလုပ်ငန်းစဉ်အတွက် အရေးပါပြီး Metal-Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) သည် III-V၊ II-VI ဒြပ်ပေါင်းများနှင့် ၎င်းတို့၏ သတ္တုစပ်များ၏ ပါးလွှာသော single-crystal အလွှာများကို ကြီးထွားစေရန် အဓိကနည်းလမ်းဖြစ်သည်။ အောက်တွင် LED epitaxial wafer နည်းပညာတွင် အနာဂတ်ခေတ်ရေစီးကြောင်းအချို့ကို ဖော်ပြထားသည်။

၁။ နှစ်ဆင့် ကြီးထွားမှု လုပ်ငန်းစဉ် တိုးတက်ကောင်းမွန်လာခြင်း

လက်ရှိတွင် စီးပွားဖြစ်ထုတ်လုပ်မှုသည် အဆင့်နှစ်ဆင့်ပါဝင်သော ကြီးထွားမှုလုပ်ငန်းစဉ်ကို အသုံးပြုသော်လည်း တစ်ပြိုင်နက်တည်း တင်နိုင်သော အောက်ခံအလွှာအရေအတွက်မှာ အကန့်အသတ်ရှိသည်။ 6-wafer စနစ်များသည် ရင့်ကျက်နေသော်လည်း wafer ၂၀ ခန့်ကို ကိုင်တွယ်သည့် စက်များသည် တီထွင်နေဆဲဖြစ်သည်။ wafer အရေအတွက် တိုးမြှင့်ခြင်းသည် epitaxial အလွှာများတွင် မလုံလောက်သော တစ်ပြေးညီဖြစ်မှုကို မကြာခဏ ဖြစ်ပေါ်စေသည်။ အနာဂတ်ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုများသည် ဦးတည်ချက်နှစ်ခုကို အာရုံစိုက်မည်ဖြစ်သည်-

• တစ်ခုတည်းသော ဓာတ်ပြုခန်းတွင် ပိုမိုများပြားသော အောက်ခံပစ္စည်းများကို ထည့်သွင်းနိုင်စေသည့် နည်းပညာများ တီထွင်ထုတ်လုပ်ခြင်း၊ ၎င်းတို့သည် ကြီးမားသော ထုတ်လုပ်မှုနှင့် ကုန်ကျစရိတ် လျှော့ချရေးအတွက် ပိုမိုသင့်လျော်စေပါသည်။
• အလွန်အမင်း အလိုအလျောက်လုပ်ဆောင်နိုင်သော၊ ထပ်ခါတလဲလဲလုပ်ဆောင်နိုင်သော single-wafer စက်ပစ္စည်းများ တိုးတက်ပြောင်းလဲလာခြင်း။

၂။ ဟိုက်ဒရိုက် အငွေ့အဆင့် အက်ပတစီ (HVPE) နည်းပညာ

ဤနည်းပညာသည် သိပ်သည်းဆနည်းသော အထူဖလင်များကို လျင်မြန်စွာကြီးထွားစေပြီး အခြားနည်းလမ်းများကို အသုံးပြု၍ homoepitaxial ကြီးထွားမှုအတွက် အောက်ခံအဖြစ် ဆောင်ရွက်နိုင်သည်။ ထို့အပြင်၊ အောက်ခံမှ ခွဲထုတ်ထားသော GaN ဖလင်များသည် အစုအဝေး GaN single-crystal chips များအတွက် အစားထိုးများ ဖြစ်လာနိုင်သည်။ သို့သော် HVPE တွင် တိကျသော အထူထိန်းချုပ်မှုတွင် အခက်အခဲနှင့် GaN ပစ္စည်းသန့်စင်မှုတွင် နောက်ထပ်တိုးတက်မှုကို အဟန့်အတားဖြစ်စေသော ချေးဓာတ်ပြုမှုဓာတ်ငွေ့များကဲ့သို့သော အားနည်းချက်များရှိသည်။

Si-doped HVPE-GaN

(က) Si-doped HVPE-GaN ဓာတ်ပေါင်းဖို၏ ဖွဲ့စည်းပုံ၊ (ခ) 800 μm- အထူ Si-doped HVPE-GaN ၏ ပုံ။

(ဂ) Si-doped HVPE-GaN ၏ အချင်းတစ်လျှောက် free carrier concentration ဖြန့်ဖြူးမှု

၃။ ရွေးချယ်ထားသော Epitaxial ကြီးထွားမှု သို့မဟုတ် Lateral Epitaxial ကြီးထွားမှုနည်းပညာ

ဤနည်းပညာသည် dislocation density ကို ပိုမိုလျှော့ချပေးနိုင်ပြီး GaN epitaxial အလွှာများ၏ crystal quality ကို တိုးတက်ကောင်းမွန်စေပါသည်။ လုပ်ငန်းစဉ်တွင် အောက်ပါတို့ပါဝင်သည်-

• သင့်လျော်သော အောက်ခံ (sapphire သို့မဟုတ် SiC) ပေါ်တွင် GaN အလွှာကို ချထားခြင်း။
• အပေါ်မှ polycrystalline SiO₂ မျက်နှာဖုံးအလွှာကို တင်ခြင်း။
• GaN ပြတင်းပေါက်များနှင့် SiO₂ mask strips များဖန်တီးရန် photolithography နှင့် etching ကို အသုံးပြုခြင်း။နောက်ပိုင်းကြီးထွားမှုအတွင်း GaN သည် ပြတင်းပေါက်များတွင် ဦးစွာ ဒေါင်လိုက်ကြီးထွားပြီးနောက် SiO₂ အစင်းများပေါ်တွင် ဘေးတိုက်ကြီးထွားသည်။

XKH ရဲ့ GaN-on-Sapphire wafer

၄။ Pendeo-Epitaxy နည်းပညာ

ဤနည်းလမ်းသည် substrate နှင့် epitaxial layer အကြား lattice နှင့် thermal mismatch ကြောင့်ဖြစ်ပေါ်လာသော lattice defect များကို သိသိသာသာ လျော့နည်းစေပြီး GaN crystal quality ကို ပိုမိုမြှင့်တင်ပေးပါသည်။ အဆင့်များတွင် အောက်ပါတို့ပါဝင်သည်-

• အဆင့်နှစ်ဆင့်လုပ်ငန်းစဉ်ကို အသုံးပြု၍ သင့်လျော်သော substrate (6H-SiC သို့မဟုတ် Si) ပေါ်တွင် GaN epitaxial အလွှာကို ကြီးထွားစေသည်။
• epitaxial layer ကို substrate အထိ selective etching ပြုလုပ်ခြင်းဖြင့် alternating pillar (GaN/buffer/substrate) နှင့် trench structure များကို ဖန်တီးသည်။
• မူလ GaN တိုင်များ၏ ဘေးနံရံများမှ ဘေးတိုက်သို့ ဆန့်ထွက်နေသော နောက်ထပ် GaN အလွှာများ ကြီးထွားလာခြင်းဖြစ်ပြီး၊ ၎င်းတို့ကို မြောင်းများပေါ်တွင် ဆိုင်းထားခြင်းဖြစ်သည်။မျက်နှာဖုံးကို အသုံးမပြုသောကြောင့် GaN နှင့် မျက်နှာဖုံးပစ္စည်းများအကြား ထိတွေ့မှုကို ရှောင်ရှားနိုင်သည်။

XKH ရဲ့ GaN-on-Silicon wafer

၅။ လှိုင်းတို UV LED Epitaxial ပစ္စည်းများ၏ ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှု

၎င်းသည် UV-excited phosphor-based white LED များအတွက် ခိုင်မာသောအုတ်မြစ်ချပေးပါသည်။ မြင့်မားသောစွမ်းဆောင်ရည်ရှိသော phosphors အများအပြားကို UV အလင်းဖြင့်လှုံ့ဆော်နိုင်ပြီး လက်ရှိ YAG:Ce စနစ်ထက် ပိုမိုမြင့်မားသော တောက်ပမှုစွမ်းဆောင်ရည်ကို ပေးစွမ်းနိုင်သောကြောင့် အဖြူရောင် LED စွမ်းဆောင်ရည်ကို မြှင့်တင်ပေးပါသည်။

၆။ မာလ်တီ-ကွမ်တမ်ဝဲလ် (MQW) ချစ်ပ်နည်းပညာ

MQW ဖွဲ့စည်းပုံများတွင်၊ အလင်းထုတ်လွှတ်သောအလွှာကြီးထွားမှုအတွင်း မတူညီသော မသန့်စင်မှုများကို ကွဲပြားသော ကွမ်တမ်တွင်းများကို ဖန်တီးရန် ရောစပ်ထားသည်။ ဤတွင်းများမှ ထုတ်လွှတ်သော ဖိုတွန်များ၏ ပြန်လည်ပေါင်းစပ်မှုသည် အဖြူရောင်အလင်းကို တိုက်ရိုက်ထုတ်လုပ်ပေးသည်။ ဤနည်းလမ်းသည် တောက်ပမှုစွမ်းဆောင်ရည်ကို တိုးတက်စေပြီး ကုန်ကျစရိတ်များကို လျှော့ချပေးကာ ထုပ်ပိုးမှုနှင့် ဆားကစ်ထိန်းချုပ်မှုကို ရိုးရှင်းစေသော်လည်း နည်းပညာဆိုင်ရာစိန်ခေါ်မှုများ ပိုမိုများပြားသည်။

၇။ “ဖိုတွန်ပြန်လည်အသုံးပြုခြင်း” နည်းပညာ ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်ရေး

၁၉၉၉ ခုနှစ် ဇန်နဝါရီလတွင် ဂျပန်နိုင်ငံ၏ Sumitomo သည် ZnSe ပစ္စည်းကို အသုံးပြု၍ အဖြူရောင် LED ကို တီထွင်ခဲ့သည်။ နည်းပညာတွင် ZnSe single-crystal substrate ပေါ်တွင် CdZnSe ပါးလွှာသော ဖလင်တစ်ခုကို စိုက်ပျိုးခြင်း ပါဝင်သည်။ လျှပ်စစ်ဓာတ်အား ဖြည့်သွင်းသောအခါ ဖလင်သည် အပြာရောင်အလင်းကို ထုတ်လွှတ်ပြီး ZnSe substrate နှင့် ဓါတ်ပြုကာ ဖြည့်စွက် အဝါရောင်အလင်းကို ထုတ်လုပ်ကာ အဖြူရောင်အလင်းကို ဖြစ်ပေါ်စေပါသည်။ အလားတူပင် Boston University ၏ Photonics Research Center သည် အဖြူရောင်အလင်းကို ထုတ်လုပ်ရန် AlInGaP semiconductor ဒြပ်ပေါင်းကို အပြာရောင် GaN-LED ပေါ်တွင် ထပ်ဆင့်ခဲ့သည်။

၈။ LED Epitaxial Wafer လုပ်ငန်းစဉ်စီးဆင်းမှု

① Epitaxial Wafer ထုတ်လုပ်ခြင်း:
အောက်ခံ → ဖွဲ့စည်းပုံဒီဇိုင်း → Buffer အလွှာကြီးထွားမှု → N-အမျိုးအစား GaN အလွှာကြီးထွားမှု → MQW အလင်းထုတ်လွှတ်သည့်အလွှာကြီးထွားမှု → P-အမျိုးအစား GaN အလွှာကြီးထွားမှု → Annealing → စမ်းသပ်ခြင်း (photoluminescence၊ X-ray) → Epitaxial wafer

② ချစ်ပ်ထုတ်လုပ်ခြင်း-
Epitaxial wafer → Mask ဒီဇိုင်းနှင့် ထုတ်လုပ်ခြင်း → Photolithography → Ion etching → N-type electrode (deposition၊ annealing၊ etching) → P-type electrode (deposition၊ annealing၊ etching) → Dicing → Chip စစ်ဆေးခြင်းနှင့် အဆင့်သတ်မှတ်ခြင်း။

ZMSH ရဲ့ GaN-on-SiC ဝေဖာ