LED epitaksiyel gofretler, emisyon dalga boyu, parlaklık ve ileri voltaj gibi temel optoelektronik özellikleri doğrudan belirleyerek LED cihazlarının çekirdeğini oluşturur. Tüm üretim teknikleri arasında, Metal-Organik Kimyasal Buhar Biriktirme (MOCVD), III-V ve II-VI bileşik yarı iletkenlerin epitaksiyel büyümesinde baskın bir rol oynamaktadır. Aşağıda, LED epitaksisinin geleceğini şekillendiren çeşitli teknolojik gelişmeler ve eğilimler bulunmaktadır.

1. İki Aşamalı Büyüme Tekniğinin Optimizasyonu

Ticari standart, iki aşamalı bir epitaksiyel büyüme süreci içerir. Ancak, mevcut MOCVD reaktörleri döngü başına yalnızca sınırlı sayıda alt tabakayı barındırabilir - genellikle 6 gofret - 20 gofret konfigürasyonları hala optimizasyon aşamasındadır. Bu sınırlama, gofretler arasındaki tekdüzeliği etkiler. Gelecek yönleri şunları içerir:

• Ölçeklendirme: Birim başına maliyeti düşürmek için daha yüksek gofret yüklerini destekleyen reaktörler geliştirme.

• Otomasyon: Yüksek tekrarlanabilirlik ve proses otomasyonuna sahip tek gofret araçlarına vurgu.

2. Hidrür Buhar Fazı Epitaksi (HVPE)

HVPE, düşük iplik dislokasyon yoğunluğuna sahip kalın GaN katmanlarının hızlı büyümesini sağlar. Bu filmler, diğer yöntemlerle homoepitaksiyel büyüme için alt tabaka olarak hizmet edebilir. Ek olarak, orijinal alt tabakalardan ayrılan serbest duran GaN filmleri, toplu GaN'ye alternatif olarak hizmet edebilir. Bununla birlikte, HVPE zayıf kalınlık kontrolünden ve malzeme saflığını sınırlayan aşındırıcı yan ürünlerden muzdariptir.

3. Seçici veya Yanal Epitaksiyel Aşırı Büyüme

Bu yöntem, GaN katmanlarındaki kusur yoğunluğunu azaltarak kristal kalitesini önemli ölçüde iyileştirir. Önce bir GaN katmanı bir alt tabaka üzerine (tipik olarak safir veya SiC) biriktirilir, ardından çok kristalli bir SiO₂ maske katmanı gelir. Fotolitografi ve dağlama, GaN katmanında pencereler açar. Daha sonra GaN, bu pencerelerde dikey olarak büyür ve maske boyunca yanal olarak genişler.

4. Kusur Azaltma için Pendeo-Epitaksi

Pendeo-epitaksi, kafes ve termal uyumsuzluk kaynaklı kusurları azaltmanın bir yolunu sunar. GaN, 6H-SiC veya Si gibi alt tabakalar üzerinde iki aşamalı bir işlem kullanılarak büyütülür. Desenli dağlama, alternatif GaN sütun ve hendek yapıları oluşturur, bunların üzerine yanal büyüme askıda GaN katmanları oluşturur. Bu yöntem, bir maske katmanına olan ihtiyacı ortadan kaldırır ve malzeme kontaminasyonunu önler.

5. UV LED Malzeme Geliştirme

Trikromatik fosforlar kullanarak UV ile uyarılan beyaz LED'ler için sağlam bir temel sağlayan, kısa dalga boylu UV LED malzemeleri geliştirmek için çalışmalar devam etmektedir. Geleneksel YAG:Ce tabanlı sistemlerden daha verimli olan bu fosforlar, ışık verimliliğini önemli ölçüde iyileştirme potansiyeline sahiptir.

6. Çoklu Kuantum Kuyusu (MQW) Çip Teknolojisi

MQW yapıları, büyüme sırasında farklı katkı maddelerine ve bileşimlere sahip katmanlar sunarak, çeşitli dalga boylarında foton yayan kuantum kuyuları oluşturur. Bu teknik, doğrudan beyaz ışık emisyonuna izin verir ve devre ve paket tasarımındaki karmaşıklığı azaltır, ancak önemli üretim zorlukları sunar.

7. Foton Geri Dönüşüm Teknolojisi

Sumitomo Electric, 1999'da ZnSe ve CdZnSe kullanarak beyaz bir LED geliştirdi. CdZnSe katmanından yayılan mavi ışık, ZnSe alt tabakasını uyararak tamamlayıcı sarı ışık üretir ve beyaz emisyonla sonuçlanır. Benzer şekilde, Boston Üniversitesi, AlInGaP'yi GaN tabanlı mavi LED'lerin üzerine katmanlayarak beyaz ışık elde etti.

LED Epitaksiyel Gofretlerin Proses Akışı

Epitaksiyel Büyüme:
Alt Tabaka → Yapısal Tasarım → Tampon Katman → N-tipi GaN Katmanı → MQW Emisyon Katmanı → P-tipi GaN Katmanı → Tavlama → Optik/X-ışını İncelemesi → Gofret Tamamlama

Çip İmalatı:
Gofret → Maske Tasarımı ve Litografi → İyon Dağlama → N-elektrot Biriktirme/Tavlama → P-elektrot Biriktirme/Tavlama → Dilimleme → Sıralama ve Gruplama