高功率LED關(guān)鍵技術(shù)MOCVD最新進(jìn)展
來(lái)源：中國數字音視網(wǎng) 作者：Ann 編輯：數字音視工程 2009-11-25 00:00:00 加入收藏 咨詢(xún)
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由于新應用范圍激發(fā)的驅動(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今高亮度LED的關(guān)鍵應用，為將要制造的大量LED創(chuàng )造需求。除了數量方面之外，這種LED也必須滿(mǎn)足關(guān)于性能和成本的嚴格要求。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(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結構采用MOCVD技術(shù)生長(cháng)，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)運成本的減少是MOCVD系統制造商的一個(gè)關(guān)鍵目標。影響MOCVD工藝的生產(chǎn)率和成本的精確參數分析是任何改善努力的前提。通過(guò)這種分析，我們發(fā)現產(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、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反應爐的載荷量而獲得。當前GaN/InGaN/AlGaN生長(cháng)的最流行MOCVD系統是行星反應爐和近耦合噴淋頭式反應爐，分別供給42片2英寸和31片2英寸兩種晶圓（圖1）。這些轉化成令人難忘的高產(chǎn)率和低擁有成本。然而，這通過(guò)轉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)始轉入4英寸，并且大部分其他的制造商打算進(jìn)行同樣的轉變。由于MOCVD工具已經(jīng)具備適合大尺寸晶圓生長(cháng)的能力，這個(gè)決定是很容易的。
圖1. CRIUS® CCS®反應爐(31x2”)和AIX 2800G4 HT行星式反應爐(42x2”)
在上述提及的MOCVD系統中，從2英寸到4英寸（甚至6英寸）晶圓的轉變可以?xún)H僅通過(guò)更換MOCVD反應爐中的一些部件配置很容易地完成。然而主要的反應腔和部件將保持相同，因此使調整硬件和工藝的需要減到最校通過(guò)這樣做，比如行星反應爐，可以從一個(gè)42x2“ 設置轉化成一個(gè)11x4”或6x6“類(lèi)型。雖然這樣轉換的成本相對低，但是在產(chǎn)率方面有明顯的效益。為了獲得定量的了解，計算相當于不同晶圓直徑的滿(mǎn)晶圓負荷的總晶圓面積是有幫助的。42x2” 配置相當于851 cm2.轉換成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數明顯更低。表1顯示了這種計算的結果。
然而上面討論的產(chǎn)率增加，并不是增加MOCVD系統生產(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反應爐的設計方面來(lái)說(shuō)，這必須轉化成一些特定要求。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，必須選擇穩健設計，才能以正確的方式來(lái)控制這兩個(gè)參數。
在行星式反應爐中，決定氣相動(dòng)力學(xué)的關(guān)鍵裝置之一是噴嘴。為了獲得最大穩定性和調整均勻性的能力達到最大，開(kāi)發(fā)了特殊的噴嘴。三束流噴嘴有三個(gè)分開(kāi)的注水區域，不僅允許獨立地注入第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（圖2）。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)調整上部氣流，以準許微調生長(cháng)的均勻性。噴嘴的設計也確保注入幾何體保持固定并且氣體以一種嚴格水平的方式注入。這意味著(zhù)不需要機械調整，以獲得突出的和可重復的均勻性。
圖2. 用于A(yíng)IX 2800G4 HT反應爐的三束流噴嘴
為了獲得橫跨整個(gè)晶圓負載的可重復生長(cháng)溫度和一致的溫度分布，使用射頻加熱。這種加熱方法沒(méi)有顯示溫度設定的任何長(cháng)期移動(dòng)或突然移動(dòng)。在MOCVD反應爐的設計和開(kāi)發(fā)期間，廣泛的數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定性的加熱器設置。
在4“ 和 6” 晶圓獲得的生長(cháng)結果完全地確認了這一點(diǎn)。比如，在11x4“配置中生長(cháng)的一個(gè)4” 晶圓生長(cháng)如圖3所示。
圖3. 在一個(gè)AIX 2800G4 HT反應爐的11x4“配置和在11x4”配置中生長(cháng)的藍色MQW結構的PL均勻性。均勻性（標準偏差）是0.8 nm
轉換到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的差異所導致的應力效果，需要在這種大晶圓上小心進(jìn)行控制。這樣做會(huì )取得令人印象深刻的均勻性，如圖4顯示。
圖4. 在一個(gè)AIX 2800G4 HT反應爐的6x6”配置和在6x6“配置中生長(cháng)的藍色MQW結構的PL均勻性。均勻性（標準偏差）是1.8 nm
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