Las obleas epitaxiales LED forman el núcleo de los dispositivos LED, determinando directamente propiedades optoelectrónicas clave como la longitud de onda de emisión, el brillo y el voltaje directo. Entre todas las técnicas de fabricación, la Deposición Química de Vapor Organometálico (MOCVD) juega un papel dominante en el crecimiento epitaxial de semiconductores compuestos III-V y II-VI. A continuación se presentan varios avances tecnológicos y tendencias que dan forma al futuro de la epitaxia LED.

1. Optimización de la técnica de crecimiento en dos pasos

El estándar comercial implica un proceso de crecimiento epitaxial en dos pasos. Sin embargo, los reactores MOCVD actuales solo pueden acomodar un número limitado de sustratos por ciclo, comúnmente 6 obleas, mientras que las configuraciones de 20 obleas aún están en optimización. Esta limitación afecta la uniformidad en las obleas. Las direcciones futuras incluyen:

• Escalado:Desarrollo de reactores que admitan cargas de obleas más altas para reducir el costo por unidad.

• Automatización:Énfasis en herramientas de una sola oblea con alta reproducibilidad y automatización del proceso.

2. Epitaxia de fase de vapor de hidruro (HVPE)

HVPE permite el crecimiento rápido de capas gruesas de GaN con baja densidad de dislocación de rosca. Estas películas pueden servir como sustratos para el crecimiento homoepitaxial mediante otros métodos. Además, las películas de GaN independientes separadas de los sustratos originales podrían servir como alternativas al GaN a granel. No obstante, HVPE sufre un control deficiente del grosor y subproductos corrosivos, lo que limita la pureza del material.

3. Sobrecrecimiento epitaxial selectivo o lateral

Este método mejora significativamente la calidad del cristal al reducir la densidad de defectos en las capas de GaN. Primero se deposita una capa de GaN sobre un sustrato (típicamente zafiro o SiC), seguido de una capa de máscara de SiO₂ policristalino. La fotolitografía y el grabado exponen ventanas en la capa de GaN. Luego, el GaN crece verticalmente en estas ventanas antes de expandirse lateralmente a través de la máscara.

4. Pendeo-Epitaxia para la reducción de defectos

La pendeo-epitaxia ofrece una forma de mitigar los defectos inducidos por la desalineación de la red y térmica. El GaN se cultiva en sustratos como 6H-SiC o Si utilizando un proceso de dos pasos. El grabado con patrones crea estructuras alternas de pilares y zanjas de GaN, sobre las cuales el crecimiento lateral forma capas de GaN suspendidas. Este método elimina la necesidad de una capa de máscara y evita la contaminación del material.

5. Desarrollo de materiales LED UV

Se están realizando esfuerzos para desarrollar materiales LED UV de longitud de onda corta, proporcionando una base sólida para los LED blancos excitados por UV utilizando fósforos tricromáticos. Estos fósforos, más eficientes que los sistemas convencionales basados en YAG:Ce, tienen el potencial de mejorar significativamente la eficacia luminosa.

6. Tecnología de chips de múltiples pozos cuánticos (MQW)

Las estructuras MQW introducen capas con diferentes dopantes y composiciones durante el crecimiento, creando pozos cuánticos que emiten fotones de varias longitudes de onda. Esta técnica permite la emisión directa de luz blanca y reduce la complejidad en el diseño de circuitos y paquetes, aunque presenta considerables desafíos de fabricación.

7. Tecnología de reciclaje de fotones

Sumitomo Electric desarrolló un LED blanco utilizando ZnSe y CdZnSe en 1999. La luz azul emitida por la capa de CdZnSe excita el sustrato de ZnSe, produciendo luz amarilla complementaria, lo que resulta en una emisión blanca. De manera similar, la Universidad de Boston logró luz blanca al superponer AlInGaP sobre LED azules basados en GaN.

Flujo del proceso de obleas epitaxiales LED

Crecimiento epitaxial:
Sustrato → Diseño estructural → Capa de amortiguación → Capa de GaN de tipo N → Capa de emisión MQW → Capa de GaN de tipo P → Recocido → Inspección óptica/de rayos X → Finalización de la oblea

Fabricación de chips:
Oblea → Diseño de máscara y litografía → Grabado iónico → Deposición/recocido de electrodo N → Deposición/recocido de electrodo P → Corte en dados → Clasificación y clasificación