ویفرهای اپی‌تاکسیال LED هسته اصلی دستگاه‌های LED را تشکیل می‌دهند و مستقیماً خواص کلیدی اپتوالکترونیکی مانند طول موج انتشار، روشنایی و ولتاژ مستقیم را تعیین می‌کنند. در میان تمام تکنیک‌های تولید، رسوب بخار شیمیایی آلی فلزی (MOCVD) نقش غالب را در رشد اپی‌تاکسیال نیمه‌رساناهای ترکیبی III-V و II-VI ایفا می‌کند. در زیر چندین پیشرفت و روند تکنولوژیکی وجود دارد که آینده اپی‌تاکسی LED را شکل می‌دهند.

1. بهینه‌سازی تکنیک رشد دو مرحله‌ای

استاندارد تجاری شامل یک فرآیند رشد اپی‌تاکسیال دو مرحله‌ای است. با این حال، راکتورهای MOCVD فعلی می‌توانند تنها تعداد محدودی از زیرلایه‌ها را در هر چرخه در خود جای دهند - معمولاً 6 ویفر - در حالی که پیکربندی‌های 20 ویفری هنوز در حال بهینه‌سازی هستند. این محدودیت بر یکنواختی در سراسر ویفرها تأثیر می‌گذارد. جهت‌گیری‌های آینده شامل موارد زیر است:

• مقیاس‌بندی:توسعه راکتورهایی که از بار ویفری بالاتری پشتیبانی می‌کنند تا هزینه هر واحد را کاهش دهند.

• اتوماسیون:تاکید بر ابزارهای تک ویفری با قابلیت تکرارپذیری بالا و اتوماسیون فرآیند.

2. اپی‌تاکسی فاز بخار هیدرید (HVPE)

HVPE امکان رشد سریع لایه‌های ضخیم GaN با چگالی کم نقص رشته‌ای را فراهم می‌کند. این فیلم‌ها می‌توانند به عنوان زیرلایه برای رشد هم‌اپی‌تاکسیال از طریق روش‌های دیگر عمل کنند. علاوه بر این، فیلم‌های GaN آزاد که از زیرلایه‌های اصلی جدا شده‌اند، می‌توانند به عنوان جایگزینی برای GaN حجیم عمل کنند. با این وجود، HVPE از کنترل ضخامت ضعیف و محصولات جانبی خورنده رنج می‌برد که خلوص مواد را محدود می‌کند.

3. رشد اپی‌تاکسیال انتخابی یا جانبی

این روش کیفیت کریستالی را با کاهش چگالی نقص در لایه‌های GaN به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد. ابتدا یک لایه GaN روی یک زیرلایه (معمولاً یاقوت کبود یا SiC) رسوب داده می‌شود، و به دنبال آن یک لایه ماسک پلی‌کریستالی SiO₂ قرار می‌گیرد. فوتولیتوگرافی و اچ کردن، پنجره‌هایی را در لایه GaN نمایان می‌کند. سپس GaN به صورت عمودی در این پنجره‌ها رشد می‌کند و قبل از گسترش جانبی در سراسر ماسک.

4. اپی‌تاکسی Pendeo برای کاهش نقص

اپی‌تاکسی Pendeo راهی برای کاهش نقص‌های ناشی از عدم تطابق شبکه و حرارتی ارائه می‌دهد. GaN با استفاده از یک فرآیند دو مرحله‌ای روی زیرلایه‌هایی مانند 6H-SiC یا Si رشد می‌کند. اچ کردن الگو، ساختارهای متناوب ستون و شیار GaN را ایجاد می‌کند که بر روی آن‌ها رشد جانبی لایه‌های GaN معلق را تشکیل می‌دهد. این روش نیاز به یک لایه ماسک را از بین می‌برد و از آلودگی مواد جلوگیری می‌کند.

5. توسعه مواد LED UV

تلاش‌ها برای توسعه مواد LED UV با طول موج کوتاه در حال انجام است و یک پایه محکم برای LEDهای سفید تحریک شده با UV با استفاده از فسفرهای سه‌رنگی فراهم می‌کند. این فسفرها که از سیستم‌های مبتنی بر YAG:Ce سنتی کارآمدتر هستند، پتانسیل بهبود قابل توجهی در راندمان نوری دارند.

6. فناوری تراشه چاه کوانتومی چندگانه (MQW)

ساختارهای MQW لایه‌هایی را با ناخالصی‌ها و ترکیبات مختلف در طول رشد معرفی می‌کنند و چاه‌های کوانتومی ایجاد می‌کنند که فوتون‌هایی با طول موج‌های مختلف را ساطع می‌کنند. این تکنیک امکان انتشار مستقیم نور سفید و کاهش پیچیدگی در طراحی مدار و بسته را فراهم می‌کند، اگرچه چالش‌های قابل توجهی را در ساخت ارائه می‌دهد.

7. فناوری بازیافت فوتون

Sumitomo Electric یک LED سفید را با استفاده از ZnSe و CdZnSe در سال 1999 توسعه داد. نور آبی ساطع شده از لایه CdZnSe، زیرلایه ZnSe را تحریک می‌کند و نور زرد مکمل تولید می‌کند که منجر به انتشار سفید می‌شود. به طور مشابه، دانشگاه بوستون با لایه‌بندی AlInGaP بر روی LEDهای آبی مبتنی بر GaN به نور سفید دست یافت.

جریان فرآیند ویفرهای اپی‌تاکسیال LED

رشد اپی‌تاکسیال:
زیرلایه → طراحی ساختاری → لایه بافر → لایه GaN نوع N → لایه انتشار MQW → لایه GaN نوع P → بازپخت → بازرسی نوری/اشعه ایکس → تکمیل ویفر

ساخت تراشه:
ویفر → طراحی ماسک و لیتوگرافی → اچ کردن یونی → رسوب/بازپخت الکترود N → رسوب/بازپخت الکترود P → برش → مرتب‌سازی و دسته‌بندی