高亮度LED關(guān)鍵技術(shù)MOCVD進(jìn)展

由于新應(yīng)用范圍激發(fā)的驅(qū)動(dòng), LED 技術(shù)快速地進(jìn)步。用于筆記本電腦、桌上型電腦顯示器和大屏幕電視的背光裝置是當(dāng)今高亮度LED的關(guān)鍵應(yīng)用,為將要制造的大量LED創(chuàng)造需求。除了數(shù)量方面之外,這種LED也必須滿(mǎn)足關(guān)于性能和成本的嚴(yán)格要求。因此,生產(chǎn)技術(shù)對(duì)LED制造商的成功而言很重要,超出了以往任何時(shí)候。

　　高亮度LED的關(guān)鍵制造技術(shù)之一是 MOCVD 技術(shù)。由于整個(gè)豎式LED結(jié)構(gòu)采用MOCVD技術(shù)生長(zhǎng),這種技術(shù)不僅僅決定LED的質(zhì)量和性能,而且在很大程度上決定LED制造的產(chǎn)量和成本。因此,MOCVD生產(chǎn)率的優(yōu)化和營(yíng)運(yùn)成本的減少是MOCVD系統(tǒng)制造商的一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)。影響MOCVD工藝的生產(chǎn)率和成本的精確參數(shù)分析是任何改善努力的前提。通過(guò)這種分析,我們發(fā)現(xiàn)產(chǎn)率(每單位時(shí)間生產(chǎn)的晶圓面積)和產(chǎn)量是關(guān)鍵特性。

　　通過(guò)采用更大的晶圓尺寸改善產(chǎn)率(4英寸和6英寸)

　　所有LED(藍(lán)、綠或白光的LED)的主要部分是以GaN/InGaN/AlGaN材料為基矗到目前為止,大部分LED都是在2英寸藍(lán)寶石襯底上制造的。因此,近年以來(lái),MOCVD產(chǎn)率的任何進(jìn)展都是通過(guò)增加MOCVD反應(yīng)爐的載荷量而獲得。當(dāng)前GaN/InGaN/AlGaN生長(zhǎng)的最流行MOCVD系統(tǒng)是行星反應(yīng)爐和近耦合噴淋頭式反應(yīng)爐,分別供給42片2英寸和31片2英寸兩種晶圓。這些轉(zhuǎn)化成令人難忘的高產(chǎn)率和低擁有成本。然而,這通過(guò)轉(zhuǎn)變成較大晶圓尺寸而進(jìn)一步改善。在這個(gè)時(shí)候,一些主要LED制造商已經(jīng)開(kāi)始轉(zhuǎn)入4英寸,并且大部分其他的制造商打算進(jìn)行同樣的轉(zhuǎn)變。由于MOCVD工具已經(jīng)具備適合大尺寸晶圓生長(zhǎng)的能力,這個(gè)決定是很容易的。

在上述提及的MOCVD系統(tǒng)中,從2英寸到4英寸(甚至6英寸)晶圓的轉(zhuǎn)變可以?xún)H僅通過(guò)更換MOCVD反應(yīng)爐中的一些部件配置很容易地完成。然而主要的反應(yīng)腔和部件將保持相同,因此使調(diào)整硬件和工藝的需要減到最校通過(guò)這樣做,比如行星反應(yīng)爐,可以從一個(gè)42x2” 設(shè)置轉(zhuǎn)化成一個(gè)11x4”或6x6”類(lèi)型。雖然這樣轉(zhuǎn)換的成本相對(duì)低,但是在產(chǎn)率方面有明顯的效益。為了獲得定量的了解,計(jì)算相當(dāng)于不同晶圓直徑的滿(mǎn)晶圓負(fù)荷的總晶圓面積是有幫助的。42x2” 配置相當(dāng)于851 cm2。轉(zhuǎn)換成11x4” 或 6x6” 分別產(chǎn)生891 cm2和1094 cm2的晶圓面積?？梢詮倪@些數(shù)字計(jì)算產(chǎn)率的相對(duì)增加。另外,必須考慮到外部幾毫米通常排除在可用晶圓面積之外。如果選擇了較大晶圓面積,那么已排除面積占總晶圓面積的百分?jǐn)?shù)明顯更低。

然而上面討論的產(chǎn)率增加,并不是增加MOCVD系統(tǒng)生產(chǎn)率的唯一措施。同時(shí),外延片的均勻性必須改善到確保LED工藝的最高芯片成品率的一個(gè)水平。從MOCVD反應(yīng)爐的設(shè)計(jì)方面來(lái)說(shuō),這必須轉(zhuǎn)化成一些特定要求。由于MOCVD RUN的均勻性主要是由良好控制的氣相動(dòng)力學(xué)和一致的溫度分布決定,必須選擇穩(wěn)健設(shè)計(jì),才能以正確的方式來(lái)控制這兩個(gè)參數(shù)。

　　在行星式反應(yīng)爐中,決定氣相動(dòng)力學(xué)的關(guān)鍵裝置之一是噴嘴。為了獲得最大穩(wěn)定性和調(diào)整均勻性的能力達(dá)到最大,開(kāi)發(fā)了特殊的噴嘴。三束流噴嘴有三個(gè)分開(kāi)的注水區(qū)域,不僅允許獨(dú)立地注入第III組和第V組氣體,而且提供在上面的一個(gè)額外吹掃氣流。這種層流注入氣體避免任何類(lèi)型的再流通,使之沒(méi)有沉淀物。此外,通過(guò)調(diào)整上部氣流,以準(zhǔn)許微調(diào)生長(zhǎng)的均勻性。噴嘴的設(shè)計(jì)也確保注入幾何體保持固定并且氣體以一種嚴(yán)格水平的方式注入。這意味著不需要機(jī)械調(diào)整,以獲得突出的和可重復(fù)的均勻性。