Estrutura Básica das Camadas Epitaxiais de LEDs baseados em GaN

01 Introdução

A estrutura da camada epitaxial dos LEDs baseados em nitreto de gálio (GaN) é o determinante central do desempenho do dispositivo, exigindo uma consideração cuidadosa da qualidade do material, eficiência de injeção de portadores, eficiência luminosa e gerenciamento térmico. Com as crescentes demandas do mercado por maior eficiência, rendimento e produtividade, a tecnologia epitaxial continua a avançar. Embora os principais fabricantes adotem estruturas fundamentais semelhantes, os principais diferenciadores residem em otimizações sutis que refletem as capacidades de P&D. Abaixo está uma visão geral da estrutura epitaxial de LED GaN mais comum.

02 Visão Geral da Estrutura Epitaxial

Crescido sequencialmente no substrato, as camadas epitaxiais normalmente incluem:

1. Camada tampão

2. Camada de GaN não dopada (camada opcional de AlGaN tipo n)

3. Camada de GaN tipo n

4. Camada de GaN tipo n levemente dopada

5. Camada de alívio de tensão

6. Camada de poço quântico múltiplo (MQW)

7. Camada de bloqueio de elétrons (EBL) de AlGaN

8. Camada de GaN tipo p de baixa temperatura

9. Camada de GaN tipo p de alta temperatura

10. Camada de contato superficial

Estruturas Epitaxiais Comuns de LED GaN

Funções Detalhadas das Camadas

1）Camada Tampão

Crescida a 500–800°C usando materiais binários (GaN/AlN) ou ternários (AlGaN).

Finalidade: Mitiga a incompatibilidade de rede entre o substrato (por exemplo, safira) e as epilayeres para reduzir defeitos.

Tendência da indústria: A maioria dos fabricantes agora pré-deposita AlN via sputtering PVD antes do crescimento MOCVD para aumentar a produtividade.

2）Camada de GaN não dopada

Crescimento em duas etapas: ilhas iniciais de GaN 3D, seguido por planarização de GaN 2D em alta temperatura.

Resultado: Fornece superfícies atomicamente lisas para camadas subsequentes.

3）Camada de GaN tipo n

Dopado com Si (8×10¹⁸–2×10¹⁹ cm⁻³) para fornecimento de elétrons.

Opção avançada: Alguns projetos inserem uma camada intermediária n-AlGaN para filtrar as discordâncias de rosca.

4）Camada de GaN tipo n levemente dopada

Menor dopagem (1×10¹⁸–2×10¹⁸ cm⁻³) cria uma região de alta resistência de propagação de corrente.

Benefícios: Melhora as características de tensão e a uniformidade da luminescência.

5）Camada de Alívio de Tensão

Camada de transição baseada em InGaN com composição de In graduada (entre os níveis de GaN e MQW).

Variantes de design: Super-redes ou estruturas de poço raso para acomodar gradualmente a tensão da rede.

6）MQW (Poço Quântico Múltiplo)

Pilhas periódicas de InGaN/GaN (por exemplo, 5–15 pares) para recombinação radiativa.

Otimização: Barreiras de GaN dopadas com Si reduzem a tensão de operação e aumentam o brilho.

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7）Camada de Bloqueio de Elétrons (EBL) de AlGaN

Barreira de alta banda proibida para confinar elétrons dentro dos MQWs, aumentando a eficiência de recombinação.

8）Camada de GaN tipo p de baixa temperatura

Camada dopada com Mg cultivada ligeiramente acima da temperatura do MQW para:

Melhorar a injeção de buracos

Proteger os MQWs de danos subsequentes em alta temperatura

9）Camada de GaN tipo p de alta temperatura

Crescida a ~950°C para:

Fornecer buracos

Planarizar os V-pits propagando-se dos MQWs

Reduzir as correntes de fuga

10）Camada de Contato Superficial

GaN fortemente dopado com Mg para formação de contato ôhmico com eletrodos de metal, minimizando a tensão de operação.

03 Conclusão

A estrutura epitaxial de LED GaN exemplifica a sinergia entre a ciência dos materiais e a física dos dispositivos, onde cada camada impacta criticamente o desempenho eletro-óptico. Os avanços futuros se concentrarão na engenharia de defeitos, gerenciamento de polarização e novas técnicas de dopagem para ultrapassar os limites de eficiência e possibilitar aplicações emergentes.

Como pioneira em tecnologia epitaxial de LED de nitreto de gálio (GaN), a ZMSH foi pioneira em soluções epitaxiais avançadas de GaN-on-safira e GaN-on-SiC, aproveitando sistemas MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) proprietários e gerenciamento térmico de precisão para fornecer wafers de LED de alto desempenho com densidades de defeito abaixo de 10⁶ cm⁻² e controle de espessura uniforme dentro de ±1,5%. Nossos substratos personalizáveis — incluindo GaN-on-safira, safira azul, carboneto de silício e substratos compósitos de metal — permitem soluções sob medida para LEDs de ultra-alto brilho, telas micro-LED, iluminação automotiva e aplicações UV-C. Ao integrar a otimização de processos orientada por IA e o recozimento a laser pulsado ultrarrápido, alcançamos 95% de confiabilidade, suportada por certificações de nível automotivo (AEC-Q101) e escalabilidade de produção em massa para retroiluminação 5G, ótica AR/VR e dispositivos IoT industriais.

O seguinte é o substrato GaN e a bolacha de safira da ZMSH:

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