ಎಲ್ಇಡಿ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ವೇಫರ್‌ಗಳ ತಾಂತ್ರಿಕ ತತ್ವಗಳು ಮತ್ತು ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳು

ಎಲ್ಇಡಿಗಳ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಣಾ ತತ್ವದಿಂದ, ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ವೇಫರ್ ವಸ್ತುವು ಎಲ್ಇಡಿಯ ಪ್ರಮುಖ ಅಂಶವಾಗಿದೆ ಎಂಬುದು ಸ್ಪಷ್ಟವಾಗುತ್ತದೆ. ವಾಸ್ತವವಾಗಿ, ತರಂಗಾಂತರ, ಹೊಳಪು ಮತ್ತು ಫಾರ್ವರ್ಡ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್‌ನಂತಹ ಪ್ರಮುಖ ಆಪ್ಟೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ನಿಯತಾಂಕಗಳನ್ನು ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ವಸ್ತು ನಿರ್ಧರಿಸುತ್ತದೆ. ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ವೇಫರ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ ಮತ್ತು ಉಪಕರಣಗಳು ಉತ್ಪಾದನಾ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗೆ ನಿರ್ಣಾಯಕವಾಗಿವೆ, ಲೋಹ-ಸಾವಯವ ರಾಸಾಯನಿಕ ಆವಿ ಶೇಖರಣೆ (MOCVD) III-V, II-VI ಸಂಯುಕ್ತಗಳ ತೆಳುವಾದ ಏಕ-ಸ್ಫಟಿಕ ಪದರಗಳು ಮತ್ತು ಅವುಗಳ ಮಿಶ್ರಲೋಹಗಳನ್ನು ಬೆಳೆಯಲು ಪ್ರಾಥಮಿಕ ವಿಧಾನವಾಗಿದೆ. LED ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ವೇಫರ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದಲ್ಲಿ ಕೆಲವು ಭವಿಷ್ಯದ ಪ್ರವೃತ್ತಿಗಳು ಕೆಳಗೆ ಇವೆ.

1. ಎರಡು-ಹಂತದ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ಸುಧಾರಣೆ

ಪ್ರಸ್ತುತ, ವಾಣಿಜ್ಯ ಉತ್ಪಾದನೆಯು ಎರಡು-ಹಂತದ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಬಳಸುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಏಕಕಾಲದಲ್ಲಿ ಲೋಡ್ ಮಾಡಬಹುದಾದ ತಲಾಧಾರಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ ಸೀಮಿತವಾಗಿದೆ. 6-ವೇಫರ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳು ಪ್ರಬುದ್ಧವಾಗಿದ್ದರೂ, ಸುಮಾರು 20 ವೇಫರ್‌ಗಳನ್ನು ನಿರ್ವಹಿಸುವ ಯಂತ್ರಗಳು ಇನ್ನೂ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯ ಹಂತದಲ್ಲಿವೆ. ವೇಫರ್‌ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುವುದರಿಂದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರಗಳಲ್ಲಿ ಸಾಕಷ್ಟು ಏಕರೂಪತೆ ಇರುವುದಿಲ್ಲ. ಭವಿಷ್ಯದ ಬೆಳವಣಿಗೆಗಳು ಎರಡು ದಿಕ್ಕುಗಳ ಮೇಲೆ ಕೇಂದ್ರೀಕರಿಸುತ್ತವೆ:

• ಒಂದೇ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾ ಕೊಠಡಿಯಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ತಲಾಧಾರಗಳನ್ನು ಲೋಡ್ ಮಾಡಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುವ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸುವುದು, ಅವುಗಳನ್ನು ದೊಡ್ಡ ಪ್ರಮಾಣದ ಉತ್ಪಾದನೆ ಮತ್ತು ವೆಚ್ಚ ಕಡಿತಕ್ಕೆ ಹೆಚ್ಚು ಸೂಕ್ತವಾಗಿಸುತ್ತದೆ.
• ಹೆಚ್ಚು ಸ್ವಯಂಚಾಲಿತ, ಪುನರಾವರ್ತನೀಯ ಸಿಂಗಲ್-ವೇಫರ್ ಉಪಕರಣಗಳನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸುವುದು.

2. ಹೈಡ್ರೈಡ್ ಆವಿ ಹಂತದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ (HVPE) ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ

ಈ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವು ಕಡಿಮೆ ಡಿಸ್ಲೊಕೇಶನ್ ಸಾಂದ್ರತೆಯೊಂದಿಗೆ ದಪ್ಪ ಫಿಲ್ಮ್‌ಗಳ ತ್ವರಿತ ಬೆಳವಣಿಗೆಯನ್ನು ಸಕ್ರಿಯಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ಇತರ ವಿಧಾನಗಳನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಹೋಮೋಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಬೆಳವಣಿಗೆಗೆ ತಲಾಧಾರಗಳಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ. ಹೆಚ್ಚುವರಿಯಾಗಿ, ತಲಾಧಾರದಿಂದ ಬೇರ್ಪಟ್ಟ GaN ಫಿಲ್ಮ್‌ಗಳು ಬೃಹತ್ GaN ಏಕ-ಸ್ಫಟಿಕ ಚಿಪ್‌ಗಳಿಗೆ ಪರ್ಯಾಯವಾಗಿ ಪರಿಣಮಿಸಬಹುದು. ಆದಾಗ್ಯೂ, HVPE ನ್ಯೂನತೆಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ, ಉದಾಹರಣೆಗೆ ನಿಖರವಾದ ದಪ್ಪ ನಿಯಂತ್ರಣದಲ್ಲಿನ ತೊಂದರೆ ಮತ್ತು GaN ವಸ್ತು ಶುದ್ಧತೆಯಲ್ಲಿ ಮತ್ತಷ್ಟು ಸುಧಾರಣೆಗೆ ಅಡ್ಡಿಯಾಗುವ ನಾಶಕಾರಿ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ಅನಿಲಗಳು.

ಸಿ-ಡೋಪ್ಡ್ HVPE-GaN

(ಎ) ಸಿ-ಡೋಪ್ಡ್ HVPE-GaN ರಿಯಾಕ್ಟರ್‌ನ ರಚನೆ; (ಬಿ) 800 μm- ದಪ್ಪದ ಸಿ-ಡೋಪ್ಡ್ HVPE-GaN ನ ಚಿತ್ರ;

(ಸಿ) Si-ಡೋಪ್ಡ್ HVPE-GaN ನ ವ್ಯಾಸದ ಉದ್ದಕ್ಕೂ ಮುಕ್ತ ವಾಹಕ ಸಾಂದ್ರತೆಯ ವಿತರಣೆ

3. ಆಯ್ದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಬೆಳವಣಿಗೆ ಅಥವಾ ಲ್ಯಾಟರಲ್ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ

ಈ ತಂತ್ರವು ಡಿಸ್ಲೊಕೇಶನ್ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ಮತ್ತಷ್ಟು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ ಮತ್ತು GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರಗಳ ಸ್ಫಟಿಕದ ಗುಣಮಟ್ಟವನ್ನು ಸುಧಾರಿಸುತ್ತದೆ. ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ಈ ಕೆಳಗಿನವುಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುತ್ತದೆ:

• ಸೂಕ್ತವಾದ ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲೆ (ನೀಲಮಣಿ ಅಥವಾ SiC) GaN ಪದರವನ್ನು ಇಡುವುದು.
• ಮೇಲೆ ಪಾಲಿಕ್ರಿಸ್ಟಲಿನ್ SiO₂ ಮಾಸ್ಕ್ ಪದರವನ್ನು ಹಾಕುವುದು.
• GaN ಕಿಟಕಿಗಳು ಮತ್ತು SiO₂ ಮುಖವಾಡ ಪಟ್ಟಿಗಳನ್ನು ರಚಿಸಲು ಫೋಟೋಲಿಥೋಗ್ರಫಿ ಮತ್ತು ಎಚಿಂಗ್ ಅನ್ನು ಬಳಸುವುದು.ನಂತರದ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಸಮಯದಲ್ಲಿ, GaN ಮೊದಲು ಕಿಟಕಿಗಳಲ್ಲಿ ಲಂಬವಾಗಿ ಮತ್ತು ನಂತರ SiO₂ ಪಟ್ಟಿಗಳ ಮೇಲೆ ಪಾರ್ಶ್ವವಾಗಿ ಬೆಳೆಯುತ್ತದೆ.

XKH ನ GaN-ಆನ್-ನೀಲಮಣಿ ವೇಫರ್

4. ಪೆಂಡಿಯೊ-ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ

ಈ ವಿಧಾನವು ತಲಾಧಾರ ಮತ್ತು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದ ನಡುವಿನ ಜಾಲರಿ ಮತ್ತು ಉಷ್ಣ ಅಸಾಮರಸ್ಯದಿಂದ ಉಂಟಾಗುವ ಜಾಲರಿ ದೋಷಗಳನ್ನು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಇದು GaN ಸ್ಫಟಿಕದ ಗುಣಮಟ್ಟವನ್ನು ಮತ್ತಷ್ಟು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ. ಹಂತಗಳು ಈ ಕೆಳಗಿನವುಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿವೆ:

• ಎರಡು ಹಂತದ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಸೂಕ್ತವಾದ ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲೆ (6H-SiC ಅಥವಾ Si) GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರವನ್ನು ಬೆಳೆಸುವುದು.
• ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರವನ್ನು ತಲಾಧಾರದವರೆಗೆ ಆಯ್ದ ಎಚ್ಚಣೆ ಮಾಡುವುದು, ಪರ್ಯಾಯ ಪಿಲ್ಲರ್ (GaN/ಬಫರ್/ಸಬ್‌ಸ್ಟ್ರೇಟ್) ಮತ್ತು ಕಂದಕ ರಚನೆಗಳನ್ನು ರಚಿಸುವುದು.
• ಕಂದಕಗಳ ಮೇಲೆ ತೂಗಾಡುತ್ತಿರುವ ಮೂಲ GaN ಸ್ತಂಭಗಳ ಪಕ್ಕದ ಗೋಡೆಗಳಿಂದ ಪಾರ್ಶ್ವವಾಗಿ ವಿಸ್ತರಿಸುವ ಹೆಚ್ಚುವರಿ GaN ಪದರಗಳನ್ನು ಬೆಳೆಯುವುದು.ಯಾವುದೇ ಮುಖವಾಡವನ್ನು ಬಳಸದ ಕಾರಣ, ಇದು GaN ಮತ್ತು ಮುಖವಾಡ ವಸ್ತುಗಳ ನಡುವಿನ ಸಂಪರ್ಕವನ್ನು ತಪ್ಪಿಸುತ್ತದೆ.

XKH ನ GaN-ಆನ್-ಸಿಲಿಕಾನ್ ವೇಫರ್

5. ಕಡಿಮೆ-ತರಂಗಾಂತರ UV LED ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ವಸ್ತುಗಳ ಅಭಿವೃದ್ಧಿ

ಇದು UV-ಉತ್ಸಾಹಗೊಂಡ ಫಾಸ್ಫರ್-ಆಧಾರಿತ ಬಿಳಿ LED ಗಳಿಗೆ ಘನ ಅಡಿಪಾಯವನ್ನು ಹಾಕುತ್ತದೆ. ಅನೇಕ ಹೆಚ್ಚಿನ ದಕ್ಷತೆಯ ಫಾಸ್ಫರ್‌ಗಳನ್ನು UV ಬೆಳಕಿನಿಂದ ಉತ್ತೇಜಿಸಬಹುದು, ಪ್ರಸ್ತುತ YAG:Ce ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರಕಾಶಮಾನ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ನೀಡುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಬಿಳಿ LED ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ.

6. ಮಲ್ಟಿ-ಕ್ವಾಂಟಮ್ ವೆಲ್ (MQW) ಚಿಪ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ

MQW ರಚನೆಗಳಲ್ಲಿ, ಬೆಳಕು ಹೊರಸೂಸುವ ಪದರದ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ವಿಭಿನ್ನ ಕಲ್ಮಶಗಳನ್ನು ಡೋಪ್ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ವಿಭಿನ್ನ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಬಾವಿಗಳು ಸೃಷ್ಟಿಯಾಗುತ್ತವೆ. ಈ ಬಾವಿಗಳಿಂದ ಹೊರಸೂಸುವ ಫೋಟಾನ್‌ಗಳ ಮರುಸಂಯೋಜನೆಯು ನೇರವಾಗಿ ಬಿಳಿ ಬೆಳಕನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ವಿಧಾನವು ಪ್ರಕಾಶಮಾನ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಸುಧಾರಿಸುತ್ತದೆ, ವೆಚ್ಚವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಪ್ಯಾಕೇಜಿಂಗ್ ಮತ್ತು ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ನಿಯಂತ್ರಣವನ್ನು ಸರಳಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ, ಆದರೂ ಇದು ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಂತ್ರಿಕ ಸವಾಲುಗಳನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ.

7. "ಫೋಟಾನ್ ಮರುಬಳಕೆ" ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದ ಅಭಿವೃದ್ಧಿ

ಜನವರಿ 1999 ರಲ್ಲಿ, ಜಪಾನ್‌ನ ಸುಮಿಟೊಮೊ ZnSe ವಸ್ತುವನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಬಿಳಿ LED ಅನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಿತು. ಈ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವು ZnSe ಏಕ-ಸ್ಫಟಿಕ ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲೆ CdZnSe ತೆಳುವಾದ ಫಿಲ್ಮ್ ಅನ್ನು ಬೆಳೆಸುವುದನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿದೆ. ವಿದ್ಯುದ್ದೀಕರಿಸಿದಾಗ, ಫಿಲ್ಮ್ ನೀಲಿ ಬೆಳಕನ್ನು ಹೊರಸೂಸುತ್ತದೆ, ಇದು ZnSe ತಲಾಧಾರದೊಂದಿಗೆ ಸಂವಹನ ನಡೆಸಿ ಪೂರಕ ಹಳದಿ ಬೆಳಕನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ, ಇದರ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ಬಿಳಿ ಬೆಳಕು ಬರುತ್ತದೆ. ಅದೇ ರೀತಿ, ಬೋಸ್ಟನ್ ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾಲಯದ ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್ ಸಂಶೋಧನಾ ಕೇಂದ್ರವು ಬಿಳಿ ಬೆಳಕನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಲು ನೀಲಿ GaN-LED ಮೇಲೆ AlInGaP ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಸಂಯುಕ್ತವನ್ನು ಜೋಡಿಸಿತು.

8. ಎಲ್ಇಡಿ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ವೇಫರ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆ ಹರಿವು

① ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ವೇಫರ್ ಫ್ಯಾಬ್ರಿಕೇಶನ್:
ತಲಾಧಾರ → ರಚನಾತ್ಮಕ ವಿನ್ಯಾಸ → ಬಫರ್ ಪದರದ ಬೆಳವಣಿಗೆ → N-ಪ್ರಕಾರದ GaN ಪದರದ ಬೆಳವಣಿಗೆ → MQW ಬೆಳಕು-ಹೊರಸೂಸುವ ಪದರದ ಬೆಳವಣಿಗೆ → P-ಪ್ರಕಾರದ GaN ಪದರದ ಬೆಳವಣಿಗೆ → ಅನೆಲಿಂಗ್ → ಪರೀಕ್ಷೆ (ಫೋಟೋಲುಮಿನೆಸೆನ್ಸ್, ಎಕ್ಸ್-ರೇ) → ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ವೇಫರ್

② ಚಿಪ್ ತಯಾರಿಕೆ:
ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ವೇಫರ್ → ಮಾಸ್ಕ್ ವಿನ್ಯಾಸ ಮತ್ತು ತಯಾರಿಕೆ → ಫೋಟೋಲಿಥೋಗ್ರಫಿ → ಅಯಾನ್ ಎಚ್ಚಣೆ → ಎನ್-ಟೈಪ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್ (ಡಿಪೋಸಿಷನ್, ಅನೀಲಿಂಗ್, ಎಚ್ಚಣೆ) → ಪಿ-ಟೈಪ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್ (ಡಿಪೋಸಿಷನ್, ಅನೀಲಿಂಗ್, ಎಚ್ಚಣೆ) → ಡೈಸಿಂಗ್ → ಚಿಪ್ ತಪಾಸಣೆ ಮತ್ತು ಶ್ರೇಣೀಕರಣ.

ZMSH ನ GaN-on-SiC ವೇಫರ್