Phôi bán dẫn LED là cốt lõi của các thiết bị LED, quyết định trực tiếp các đặc tính quang điện tử quan trọng như bước sóng phát xạ, độ sáng và điện áp thuận. Trong số tất cả các kỹ thuật sản xuất, Phương pháp lắng đọng hơi hóa học kim loại hữu cơ (MOCVD) đóng vai trò chủ đạo trong quá trình phát triển biểu mô của các hợp chất bán dẫn III-V và II-VI. Dưới đây là một số tiến bộ và xu hướng công nghệ đang định hình tương lai của công nghệ biểu mô LED.

1. Tối ưu hóa kỹ thuật tăng trưởng hai bước

Tiêu chuẩn thương mại liên quan đến quy trình tăng trưởng biểu mô hai bước. Tuy nhiên, các lò phản ứng MOCVD hiện tại chỉ có thể chứa một số lượng hạn chế các đế trên mỗi chu kỳ—thường là 6 tấm bán dẫn—trong khi các cấu hình 20 tấm bán dẫn vẫn đang trong quá trình tối ưu hóa. Giới hạn này ảnh hưởng đến tính đồng nhất trên các tấm bán dẫn. Các hướng đi trong tương lai bao gồm:

• Mở rộng quy mô:Phát triển các lò phản ứng hỗ trợ tải tấm bán dẫn cao hơn để giảm chi phí trên mỗi đơn vị.

• Tự động hóa:Nhấn mạnh vào các công cụ một tấm bán dẫn với khả năng tái tạo cao và tự động hóa quy trình.

2. Biểu mô pha hơi hydrua (HVPE)

HVPE cho phép tăng trưởng nhanh chóng các lớp GaN dày với mật độ khuyết tật ren thấp. Những lớp màng này có thể đóng vai trò là đế cho sự phát triển đồng biểu mô thông qua các phương pháp khác. Ngoài ra, các lớp màng GaN độc lập được tách ra khỏi các đế ban đầu có thể đóng vai trò là giải pháp thay thế cho GaN khối. Tuy nhiên, HVPE bị hạn chế về khả năng kiểm soát độ dày kém và các sản phẩm phụ ăn mòn, điều này hạn chế độ tinh khiết của vật liệu.

3. Tăng trưởng biểu mô chọn lọc hoặc bên

Phương pháp này cải thiện đáng kể chất lượng tinh thể bằng cách giảm mật độ khuyết tật trong các lớp GaN. Một lớp GaN trước tiên được lắng đọng trên một đế (thường là sapphire hoặc SiC), sau đó là một lớp mặt nạ SiO₂ đa tinh thể. Quang khắc và ăn mòn làm lộ ra các cửa sổ trong lớp GaN. Sau đó, GaN phát triển theo chiều dọc trong các cửa sổ này trước khi mở rộng theo chiều ngang trên mặt nạ.

4. Pendeo-Epitaxy để giảm khuyết tật

Pendeo-epitaxy cung cấp một cách để giảm thiểu các khuyết tật do không khớp về mạng và nhiệt. GaN được phát triển trên các đế như 6H-SiC hoặc Si bằng quy trình hai bước. Khắc theo mẫu tạo ra các cấu trúc trụ và rãnh GaN xen kẽ, trên đó sự phát triển bên tạo thành các lớp GaN lơ lửng. Phương pháp này loại bỏ sự cần thiết của một lớp mặt nạ và tránh ô nhiễm vật liệu.

5. Phát triển vật liệu LED UV

Các nỗ lực đang được tiến hành để phát triển các vật liệu LED UV bước sóng ngắn, cung cấp một nền tảng vững chắc cho đèn LED trắng kích thích UV bằng cách sử dụng phốt pho ba màu. Những phốt pho này, hiệu quả hơn so với các hệ thống dựa trên YAG:Ce thông thường, có khả năng cải thiện đáng kể hiệu suất phát sáng.

6. Công nghệ chip giếng lượng tử đa (MQW)

Các cấu trúc MQW giới thiệu các lớp có chất pha tạp và thành phần khác nhau trong quá trình tăng trưởng, tạo ra các giếng lượng tử phát ra các photon có bước sóng khác nhau. Kỹ thuật này cho phép phát xạ ánh sáng trắng trực tiếp và giảm độ phức tạp trong thiết kế mạch và gói, mặc dù nó đặt ra những thách thức đáng kể trong chế tạo.

7. Công nghệ tái chế photon

Sumitomo Electric đã phát triển một đèn LED trắng bằng cách sử dụng ZnSe và CdZnSe vào năm 1999. Ánh sáng xanh lam phát ra từ lớp CdZnSe kích thích đế ZnSe, tạo ra ánh sáng vàng bổ sung, dẫn đến phát xạ trắng. Tương tự, Đại học Boston đã đạt được ánh sáng trắng bằng cách xếp lớp AlInGaP lên trên đèn LED xanh lam dựa trên GaN.

Quy trình của Phôi bán dẫn LED

Tăng trưởng biểu mô:
Đế → Thiết kế cấu trúc → Lớp đệm → Lớp GaN loại N → Lớp phát xạ MQW → Lớp GaN loại P → Ủ → Kiểm tra quang học/tia X → Hoàn thành tấm bán dẫn

Chế tạo chip:
Tấm bán dẫn → Thiết kế mặt nạ & Quang khắc → Khắc ion → Lắng đọng/Ủ điện cực N → Lắng đọng/Ủ điện cực P → Cắt → Phân loại & Phân loại