Del principio de funcionamiento de los LED, se desprende que el material de la oblea epitaxial es el componente principal. De hecho, parámetros optoelectrónicos clave, como la longitud de onda, el brillo y la tensión directa, están determinados en gran medida por el material epitaxial. La tecnología y los equipos de obleas epitaxiales son fundamentales para el proceso de fabricación, siendo la deposición química en fase de vapor metalorgánica (MOCVD) el método principal para el crecimiento de capas delgadas de monocristales de compuestos III-V, II-VI y sus aleaciones. A continuación, se presentan algunas tendencias futuras en la tecnología de obleas epitaxiales para LED.
1. Mejora del proceso de crecimiento en dos etapas
Actualmente, la producción comercial emplea un proceso de crecimiento de dos pasos, pero el número de sustratos que se pueden cargar simultáneamente es limitado. Si bien los sistemas de 6 obleas están maduros, las máquinas que manejan alrededor de 20 obleas aún están en desarrollo. El aumento del número de obleas a menudo resulta en una uniformidad insuficiente en las capas epitaxiales. Los desarrollos futuros se centrarán en dos direcciones:
- Desarrollar tecnologías que permitan cargar más sustratos en una sola cámara de reacción, haciéndolas más adecuadas para la producción a gran escala y la reducción de costos.
- Avances en equipos de oblea única altamente automatizados y repetibles.
2. Tecnología de epitaxia en fase de vapor de hidruro (HVPE)
Esta tecnología permite el rápido crecimiento de películas gruesas con baja densidad de dislocaciones, que pueden servir como sustratos para el crecimiento homoepitaxial mediante otros métodos. Además, las películas de GaN separadas del sustrato pueden convertirse en alternativas a los chips monocristalinos de GaN a granel. Sin embargo, la HVPE presenta desventajas, como la dificultad para controlar con precisión el espesor y los gases de reacción corrosivos que dificultan una mayor mejora de la pureza del material de GaN.
HVPE-GaN dopado con Si
(a) Estructura del reactor HVPE-GaN dopado con Si; (b) Imagen de HVPE-GaN dopado con Si de 800 μm de espesor;
(c) Distribución de la concentración de portadores libres a lo largo del diámetro de HVPE-GaN dopado con Si
3. Tecnología de crecimiento epitaxial selectivo o crecimiento epitaxial lateral
Esta técnica puede reducir aún más la densidad de dislocaciones y mejorar la calidad cristalina de las capas epitaxiales de GaN. El proceso implica:
- Depositar una capa de GaN sobre un sustrato adecuado (zafiro o SiC).
- Depositando una capa de máscara de SiO₂ policristalino en la parte superior.
- Uso de fotolitografía y grabado para crear ventanas de GaN y tiras de máscara de SiO₂.Durante el crecimiento posterior, el GaN primero crece verticalmente en las ventanas y luego lateralmente sobre las tiras de SiO₂.
Oblea de GaN sobre zafiro de XKH
4. Tecnología de pendeo-epitaxia
Este método reduce significativamente los defectos de red causados por desajustes reticulares y térmicos entre el sustrato y la capa epitaxial, mejorando aún más la calidad del cristal de GaN. Los pasos incluyen:
- Crecimiento de una capa epitaxial de GaN sobre un sustrato adecuado (6H-SiC o Si) mediante un proceso de dos pasos.
- Realizar un grabado selectivo de la capa epitaxial hasta el sustrato, creando estructuras alternas de pilares (GaN/amortiguador/sustrato) y trincheras.
- Crecimiento de capas adicionales de GaN, que se extienden lateralmente desde las paredes laterales de los pilares de GaN originales, suspendidos sobre las trincheras.Como no se utiliza máscara, se evita el contacto entre el GaN y los materiales de la máscara.
Oblea de GaN sobre silicio de XKH
5. Desarrollo de materiales epitaxiales LED UV de longitud de onda corta
Esto sienta las bases para los LED blancos basados en fósforo excitado por UV. Muchos fósforos de alta eficiencia pueden excitarse con luz UV, ofreciendo una mayor eficiencia luminosa que el sistema YAG:Ce actual, mejorando así el rendimiento de los LED blancos.
6. Tecnología de chip de pozos multicuánticos (MQW)
En las estructuras MQW, se dopan diferentes impurezas durante el crecimiento de la capa emisora de luz para crear pozos cuánticos variables. La recombinación de los fotones emitidos por estos pozos produce luz blanca directamente. Este método mejora la eficiencia luminosa, reduce costes y simplifica el empaquetado y el control de circuitos, aunque presenta mayores desafíos técnicos.
7. Desarrollo de la tecnología de “reciclaje de fotones”
En enero de 1999, la empresa japonesa Sumitomo desarrolló un LED blanco con ZnSe. Esta tecnología consiste en el crecimiento de una película delgada de CdZnSe sobre un sustrato monocristalino de ZnSe. Al electrificarse, la película emite luz azul, que interactúa con el sustrato de ZnSe para producir luz amarilla complementaria, lo que resulta en luz blanca. De forma similar, el Centro de Investigación Fotónica de la Universidad de Boston apiló un compuesto semiconductor de AlInGaP sobre un LED de GaN azul para generar luz blanca.
8. Flujo del proceso de oblea epitaxial de LED
① Fabricación de obleas epitaxiales:
Sustrato → Diseño estructural → Crecimiento de la capa amortiguadora → Crecimiento de la capa de GaN tipo N → Crecimiento de la capa emisora de luz MQW → Crecimiento de la capa de GaN tipo P → Recocido → Pruebas (fotoluminiscencia, rayos X) → Oblea epitaxial
② Fabricación de chips:
Oblea epitaxial → Diseño y fabricación de máscaras → Fotolitografía → Grabado iónico → Electrodo tipo N (deposición, recocido, grabado) → Electrodo tipo P (deposición, recocido, grabado) → Corte en cubitos → Inspección y clasificación de chips.
Oblea de GaN sobre SiC de ZMSH
Hora de publicación: 25 de julio de 2025