高功率LED關(guān)鍵技術(shù)MOCVD最新進(jìn)展
來源：中國數(shù)字音視網(wǎng) 作者：Ann 編輯：數(shù)字音視工程 2009-11-25 00:00:00 加入收藏
由于新應(yīng)用范圍激發(fā)的驅(qū)動， 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也必須滿足關(guān)于性能和成本的嚴(yán)格要求。因此，生產(chǎn)技術(shù)對LED制造商的成功而言很重要，超出了以往任何時候。
高亮度LED的關(guān)鍵制造技術(shù)之一是 MOCVD 技術(shù)。由于整個豎式LED結(jié)構(gòu)采用MOCVD技術(shù)生長，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)化和營運(yùn)成本的減少是MOCVD系統(tǒng)制造商的一個關(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。通過這種分析，我們發(fā)現(xiàn)產(chǎn)率（每單位時間生產(chǎn)的晶圓面積）和產(chǎn)量是關(guān)鍵特性。
通過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，MOCVD產(chǎn)率的任何進(jìn)展都是通過增加MOCVD反應(yīng)爐的載荷量而獲得。當(dāng)前GaN/InGaN/AlGaN生長的最流行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（圖1）。這些轉(zhuǎn)化成令人難忘的高產(chǎn)率和低擁有成本。然而，這通過轉(zhuǎn)變成較大晶圓尺寸而進(jìn)一步改善。在這個時候，一些主要LED制造商已經(jīng)開始轉(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的能力，這個決定是很容易的。
圖1. CRIUS® CCS®反應(yīng)爐(31x2”)和AIX 2800G4 HT行星式反應(yīng)爐(42x2”)
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)變可以僅僅通過更換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這樣做，比如行星反應(yīng)爐，可以從一個42x2“ 設(shè)置轉(zhuǎn)化成一個11x4”或6x6“類型。雖然這樣轉(zhuǎn)換的成本相對低，但是在產(chǎn)率方面有明顯的效益。為了獲得定量的了解，計算相當(dāng)于不同晶圓直徑的滿晶圓負(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)字計算產(chǎn)率的相對增加。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。表1顯示了這種計算的結(jié)果。
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，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水平。從MOCVD反應(yīng)爐的設(shè)計方面來說，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力學(xué)和一致的溫度分布決定，必須選擇穩(wěn)健設(shè)計，才能以正確的方式來控制這兩個參數(shù)。
在行星式反應(yīng)爐中，決定氣相動力學(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，開發(fā)了特殊的噴嘴。三束流噴嘴有三個分開的注水區(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額外吹掃氣流（圖2）。這種層流注入氣體避免任何類型的再流通，使之沒有沉淀物。此外，通過調(diào)整上部氣流，以準(zhǔn)許微調(diào)生長的均勻性。噴嘴的設(shè)計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。
圖2. 用于AIX 2800G4 HT反應(yīng)爐的三束流噴嘴
為了獲得橫跨整個晶圓負(fù)載的可重復(fù)生長溫度和一致的溫度分布，使用射頻加熱。這種加熱方法沒有顯示溫度設(shè)定的任何長期移動或突然移動。在MOCVD反應(yīng)爐的設(shè)計和開發(fā)期間，廣泛的數(shù)值模擬用于決定在所有相關(guān)工藝體制中顯示最好均勻性和穩(wěn)定性的加熱器設(shè)置。
在4“ 和 6” 晶圓獲得的生長結(jié)果完全地確認(rèn)了這一點。比如，在11x4“配置中生長的一個4” 晶圓生長如圖3所示。
圖3. 在一個AIX 2800G4 HT反應(yīng)爐的11x4“配置和在11x4”配置中生長的藍(lán)色MQW結(jié)構(gòu)的PL均勻性。均勻性（標(biāo)準(zhǔn)偏差）是0.8 nm
轉(zhuǎn)換到6x6“配置提供相似的均勻性。重要的是注意晶圓翹曲，這是晶格不匹配和多層熱膨脹系數(shù)的差異所導(dǎo)致的應(yīng)力效果，需要在這種大晶圓上小心進(jìn)行控制。這樣做會取得令人印象深刻的均勻性，如圖4顯示。
圖4. 在一個AIX 2800G4 HT反應(yīng)爐的6x6”配置和在6x6“配置中生長的藍(lán)色MQW結(jié)構(gòu)的PL均勻性。均勻性（標(biāo)準(zhǔn)偏差）是1.8 nm
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