LED 에피택셜 웨이퍼 기술의 원리와 공정

LED의 작동 원리에서 알 수 있듯이, 에피택셜 웨이퍼 재료는 LED의 핵심 구성 요소입니다. 실제로 파장, 밝기, 순방향 전압과 같은 주요 광전자 매개변수는 대부분 에피택셜 웨이퍼 재료에 의해 결정됩니다. 에피택셜 웨이퍼 기술과 장비는 제조 공정에 매우 중요하며, 금속 유기 화학 기상 증착(MOCVD)은 III-V 및 II-VI 족 화합물 및 합금의 얇은 단결정을 성장시키는 주요 방법입니다. 다음은 LED 에피택셜 웨이퍼 기술의 몇 가지 미래 동향입니다.

1. 2단계 성장 공정 개선

현재 상업 생산에서는 2단계 성장 공정을 사용하지만, 한 번에 로드할 수 있는 기판의 수는 제한적입니다. 6-웨이퍼 기계는 비교적 성숙했지만, 약 20개의 웨이퍼를 처리할 수 있는 기계는 아직 개발 중입니다. 웨이퍼 수를 늘리면 에피택셜 웨이퍼의 균일성이 부족해지는 경우가 많습니다. 향후 개발은 두 가지 방향으로 집중될 것입니다. 첫째, 한 번에 더 많은 기판을 반응 챔버에 로드할 수 있도록 하여 대규모 생산 및 비용 절감에 더 적합한 기술을 개발하는 것입니다. 둘째, 고도로 자동화되고 반복 가능한 단일 웨이퍼 장비입니다.

2. 수소화물 기상 에피택시(HVPE) 기술

이 기술은 낮은 전위 밀도를 가진 두꺼운 필름의 빠른 성장을 가능하게 하며, 다른 방법을 사용하여 호모에피택셜 성장을 위한 기판 역할을 할 수 있습니다. 또한 기판에서 분리된 GaN 필름은 벌크 단결정 GaN 칩의 대안이 될 수 있습니다. 그러나 HVPE는 필름 두께를 정확하게 제어하기 어렵고 반응 가스의 부식성으로 인해 GaN 재료 순도의 추가 개선을 방해하는 단점이 있습니다.

Si 도핑된 HVPE-GaN

(a) Si 도핑된 HVPE-GaN 반응기의 구조; (b) 800 μm 두께의 Si 도핑된 HVPE-GaN의 이미지;

(c) Si 도핑된 HVPE-GaN의 직경을 따라 자유 캐리어 농도의 분포

3. 선택적 에피택셜 성장 또는 측면 에피택셜 성장 기술

이 기술은 전위 밀도를 더욱 줄이고 GaN 에피택셜 층의 결정 품질을 향상시킬 수 있습니다. 이 공정은 먼저 적절한 기판(사파이어 또는 탄화규소)에 GaN 층을 증착한 다음 다결정 SiO 마스크 층을 증착하는 것으로 시작됩니다. 그 후, 광리소그래피 및 에칭 기술을 사용하여 GaN 창과 마스크 스트립을 만듭니다. 후속 성장 동안 에피택셜 GaN은 먼저 GaN 창에서 성장한 다음 SiO 스트립 위로 측면으로 확장됩니다.

ZMSH의 GaN-on-Sapphire 웨이퍼

4. 펜데오-에피택시 기술

이 방법은 기판과 에피택셜 층 사이의 격자 및 열 불일치로 인해 에피택셜 층에서 발생하는 많은 격자 결함을 크게 줄여 GaN 에피택셜 층의 결정 품질을 더욱 향상시킵니다. 이 공정은 2단계 공정을 사용하여 적절한 기판(6H-SiC 또는 Si)에 GaN 에피택셜 층을 성장시키는 것으로 시작됩니다. 그런 다음 에피택셜 필름을 선택적으로 에칭하여 기판이 노출될 때까지 교대 기둥 구조(GaN/버퍼 층/기판)와 트렌치를 형성합니다. 후속 GaN 에피택셜 성장은 트렌치 위에서 중단되어 원래 GaN 에피택셜 층의 측벽에서 측면 에피택셜 성장을 포함합니다. 이 방법은 마스크가 필요 없으므로 GaN과 마스크 재료 간의 접촉을 피할 수 있습니다.

ZMSH의 GaN-on-Silicon 웨이퍼

5. 단파장 UV LED 에피택셜 재료 개발

이것은 UV 삼색 형광체 기반 백색 LED 개발을 위한 견고한 기반을 마련합니다. 많은 효율적인 형광체는 UV 빛에 의해 여기될 수 있으며, 현재 사용되는 YAG:Ce 시스템보다 더 높은 발광 효율을 제공하여 백색 LED 기술을 발전시킵니다.

6. 다중 양자 우물(MQW) 칩 기술 개발

MQW 칩에서 서로 다른 불순물이 발광층의 성장 동안 도핑되어 다양한 구조의 양자 우물을 생성합니다. 이러한 양자 우물에서 방출되는 광자의 재결합은 직접 백색광을 생성합니다. 이 방법은 발광 효율을 향상시키고, 비용을 절감하며, 패키징 및 회로 제어를 단순화하지만 더 큰 기술적 과제를 제시합니다.

7. "광자 재활용" 기술 개발

1999년 1월, 일본의 Sumitomo는 ZnSe 재료를 사용하여 백색 LED를 개발했습니다. 이 기술은 ZnSe 단결정 기판에 CdZnSe 박막을 성장시키는 것을 포함합니다. 전기가 통하면 필름은 청색광을 방출하고, 이는 ZnSe 기판과 상호 작용하여 보색 황색광을 생성하여 백색광을 생성합니다. 마찬가지로, 미국의 보스턴 대학교의 광자 연구 센터는 청색 GaN-LED에 AlInGaP 반도체 복합체를 배치하여 백색광을 생성했습니다.

8. LED 에피택셜 웨이퍼 공정

기판 >> 구조 설계 >> 버퍼 층 성장 >> N형 GaN 층 성장 >> MQW 발광층 성장 >> P형 GaN 층 성장 >> 어닐링 >> 테스트(광발광, X-선) >> 에피택셜 웨이퍼

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LED 에피택셜 웨이퍼 기술 분야의 전문 공급업체인 ZMSH는 MOCVD 에피택셜 성장, HVPE 두꺼운 필름 준비, 선택적 에피택시 및 양자 우물 구조 설계를 포함한 포괄적인 기술 솔루션을 제공합니다. 사파이어/SiC 기판, GaN 에피택셜 웨이퍼, UV LED 재료 및 지원 마스크와 같은 주요 재료를 공급합니다. 완벽한 가공 및 테스트 시설과 성숙한 공정 시스템을 갖춘 ZMSH는 재료 선택 및 구조 설계에서 맞춤형 가공에 이르기까지 원스톱 서비스를 제공하여 조명 디스플레이, UV 응용 분야 및 기타 관련 분야에서 고객의 기술 혁신 및 제품 업그레이드를 지원합니다.

ZMSH의 GaN-on-SiC 웨이퍼