LED晶圓技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

從LED工作原理可知，晶圓材料是LED的核心部分，事實(shí)上，LED的波長(zhǎng)、亮度、正向電壓等主要光電參數(shù)基本上取決于晶圓材料。晶圓技術(shù)與設(shè)備是 晶圓制造技術(shù)的關(guān)鍵所在，金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，簡(jiǎn)稱MOCVD)技術(shù)生長(zhǎng)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(lái)晶圓技術(shù)的一些發(fā)展趨勢(shì)。

1.改進(jìn)兩步法生長(zhǎng)制程

目前商業(yè)化生產(chǎn)采用的是兩步生長(zhǎng)制程，但一次可裝入襯底數(shù)有限，6片機(jī)比較成熟，20片左右的機(jī)臺(tái)還在成熟中，片數(shù)較多后導(dǎo)致晶圓均勻性不夠。發(fā)展趨勢(shì)是 兩個(gè)方向：一是開(kāi)發(fā)可一次在反應(yīng)室中裝入更多個(gè)襯底晶圓生長(zhǎng)，更加適合于規(guī)?；a(chǎn)的技術(shù)，以降低成本；另外一個(gè)方向是高度自動(dòng)化的可重復(fù)性的單片設(shè)備。

2.氫化物汽相晶圓(HVPE)技術(shù)

采用這種技術(shù)可以快速生長(zhǎng)出低位錯(cuò)密度的厚膜，可以用做采用其它方法進(jìn)行同質(zhì)晶圓生長(zhǎng)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(diǎn)是很難精確控制膜厚，反應(yīng)氣體對(duì)設(shè)備具有腐蝕性，影響GaN材料純度的進(jìn)一步提高。

3.選擇性晶圓生長(zhǎng)或側(cè)向晶圓生長(zhǎng)技術(shù)

采用這種技術(shù)可以進(jìn)一步減少位錯(cuò)密度，改善GaN晶圓層的晶體質(zhì)量。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窗口和掩膜層條。在隨后的生長(zhǎng)過(guò)程中，晶圓GaN首先在GaN窗口上生長(zhǎng)，然后再橫向生長(zhǎng)于SiO條 上。

4.懸空晶圓技術(shù)(Pendeo-epitaxy)

采用這種方法可以大大減少由于襯底和晶圓層之間晶格失配和熱失配引發(fā)的晶圓層中大量的晶格缺陷，從而進(jìn)一步提高GaN晶圓層的晶體質(zhì)量。首先在合適的襯底 上( 6H-SiC或Si)采用兩步制程生長(zhǎng)GaN晶圓層。然后對(duì)晶圓膜進(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晶圓層的生長(zhǎng)，此時(shí)生長(zhǎng)的GaN晶圓層懸空于溝槽上方，是在原GaN晶圓層側(cè)壁的橫向晶圓生長(zhǎng)。采用這種方法，不需要掩膜，因此 避免了GaN和腌膜材料之間的接觸。

5.研發(fā)波長(zhǎng)短的UV LED晶圓材料

它為發(fā)展UV三基色熒光粉白光LED奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。可供UV光激發(fā)的高效熒光粉很多，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(tái)階。

6.開(kāi)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(zhǎng)過(guò)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(guò)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(duì)較大。

7.開(kāi)發(fā)「光子再循環(huán)」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(zhǎng)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(bǔ)的黃光，從而形成白光光源。美國(guó)Boston大學(xué)光子研究中心用同樣的方法在藍(lán)光GaN-LED上迭放一層AlInGaP半 導(dǎo)體復(fù)合物，也生成了白光。

LED晶圓制程

襯底>>結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)>>緩沖層生長(zhǎng)>>N型GaN層生長(zhǎng)>>多量子阱發(fā)光層生長(zhǎng)>>P型GaN層生長(zhǎng)>>退火>>檢測(cè)（光熒光、X射線）>>晶圓片
晶圓>>設(shè)計(jì)、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>>晶粒分檢、分級(jí)。