A tudomány és a technológia gyors fejlődésével a LED-technológia alkalmazása a világítás és a kijelzők területén egyre szélesebb körűvé vált. A LED-technológia központi elemeként a LED-chipek gyártási folyamata és teljesítményjellemzői nagy figyelmet kaptak.
A LED-chipek gyártásának fő célja egy hatékony és megbízható, alacsony ohmos érintkezőelektróda létrehozása, a kontaktálható anyagok közötti feszültségesés kicsinyítése, valamint egy megfelelő huzalkötési lap biztosítása, a fénykibocsátási hatékonyság maximalizálása mellett. A bevonási eljárás többnyire vákuumpárologtatást alkalmaz. 4 Pa nagyvákuumú környezetben az anyagot ellenállásfűtéssel vagy elektronnyalábos bombázásos fűtéssel olvasztják meg. Ezután alacsony nyomáson az anyag fémgőzzé válik, és a félvezető anyag felületére rakódik le. A P-típusú érintkezőfémekhez általában AuBe, AuZn és más ötvözeteket használnak, az N-oldali érintkezőfémekhez pedig gyakran AuGeNi ötvözeteket. A bevonattal képződött ötvözetréteget fotolitográfiai eljárásnak kell alávetni, hogy a fénykibocsátó terület lehető legnagyobb részét szabaddá tegyék, így a fennmaradó ötvözetréteg megfelel az alacsony ohmos érintkezőelektródák és huzalkötési lapkák követelményeinek. A fotolitográfiai eljárás befejezése után ötvözési eljárásra van szükség, amelyet általában H2 vagy N2 védelme alatt végeznek. Az ötvözési időt és hőmérsékletet olyan tényezők határozzák meg, mint a félvezető anyag jellemzői és az ötvöző kemence formája. Ha a chipelektróda eljárás, például a kék-zöld, összetettebb folyamatokat, például passziváló filmnövesztést és plazmamaratást kell hozzáadni.
A LED-chip gyártási folyamatában a többszörös csatlakozások jelentős hatással vannak az optoelektronikai teljesítményre. Általánosságban elmondható, hogy a LED epitaxiális gyártásának befejezése után a fő elektromos tulajdonságok lényegében véglegesednek. Bár a chipgyártás nem változtatja meg a mag jellegét, a bevonási és ötvözési folyamat során fellépő nem megfelelő körülmények bizonyos rossz elektromos paraméterekhez vezetnek. Például, ha az ötvözési hőmérséklet túl magas vagy túl alacsony, az rossz ohmikus érintkezést okoz, ami a chipgyártás során fellépő nagy előremenő feszültségesés (VF) fő oka. A vágás után a chip széle korrodálódik, ami segít javítani a chip fordított szivárgását. Ez azért van, mert a gyémántcsiszoló tárcsa pengéjének vágása után nagy mennyiségű törmelékpor marad a chip szélén. Ha ezek a törmelékek a LED-chip PN-átmenetéhez tapadnak, könnyen szivárgást vagy akár meghibásodást okozhatnak. Ezenkívül, ha a chip felületén lévő fotorezisztet nem tisztítják le tisztán, az olyan problémákhoz vezethet, mint a huzalok hegesztésének nehézségei az elülső oldalon és a hideghegesztés, valamint nagy feszültségesés a hátoldalon. A chipgyártási folyamat során a fényintenzitás hatékonyan javítható a felület érdesítésével és fordított trapéz alakú szerkezetté alakításával.
A LED-chipeket teljesítmény szerint kis teljesítményű, közepes teljesítményű és nagy teljesítményű chipekre osztják, és az ügyfél igényei szerint egycsöves, digitális, mátrix és dekoratív világítási kategóriákba sorolhatók. A chip konkrét mérete a különböző chipgyártók tényleges termelési szintjétől függ, és nincs egységes szabvány. Amíg a folyamat megfelel a szabványnak, a kisebb chipek növelhetik az egységnyi teljesítményt és csökkenthetik a költségeket, az optoelektronikai teljesítmény pedig alapvetően nem változik. A chip üzemi árama összefügg a chipen átfolyó áramsűrűséggel. Minél kisebb a chip, annál kisebb az üzemi áram, és minél nagyobb a chip, annál nagyobb az üzemi áram, és az egységnyi áramsűrűség alapvetően hasonló. Figyelembe véve, hogy a hőelvezetés kulcsfontosságú kérdés nagy áramerősség mellett, a nagy teljesítményű chipek fényhasznosítása alacsonyabb, mint az alacsony áramerősségé. Másrészt a chipfelület növekedése és a test ellenállásának csökkenése miatt az előrevezetési feszültség csökken.
A piacon kapható, fehér fény előállítására használt, elterjedt nagy teljesítményű LED-chipek területe általában 40 mil körül van. Az úgynevezett nagy teljesítményű chip általában 1 W-nál nagyobb elektromos teljesítményt jelent. Mivel a kvantumhatásfok általában kevesebb, mint 20%, az elektromos energia nagy része hőenergiává alakul, ezért a nagy teljesítményű chipek hőelvezetése rendkívül fontos, ami megköveteli, hogy a chipnek nagyobb felülettel rendelkezzen.
A GaN epitaxiális anyagok gyártásához használt chipfolyamat és feldolgozóberendezés jelentősen eltér a GaP, GaAs és InGaAlP anyagokétól. A hagyományos LED piros és sárga chipek, valamint a nagy fényerejű négyelemű piros és sárga chipek szubsztrátjai összetett félvezető anyagokat, például GaP-t és GaAs-t használnak. Általában N-típusú szubsztrátokká alakíthatók, amelyeket nedves eljárással fotolitográfiailag feldolgoznak, majd végül gyémántkorongokkal chipekké vágnak. A GaN anyag kékeszöld chipje zafír szubsztrátot használ. Szigetelése miatt nem használható a LED egyetlen pólusaként. Két P/N elektródát kell egyszerre elkészíteni az epitaxiális felületen száraz maratási eljárással, és néhány passzivációs eljárás is szükséges. Mivel a zafír kemény, nehéz gyémántkorongokkal chipekké vágni, és a folyamat bonyolultabb, mint a GaP és GaAs anyagokból készült LED-eké.
"Átlátszó elektródákAz átlátszó elektródák egyedi szerkezettel és tulajdonságokkal rendelkeznek. Az úgynevezett átlátszó elektródának két tulajdonsággal kell rendelkeznie: vezetőképességgel és fényáteresztéssel. Jelenleg az indium-ón-oxidot (ITO) széles körben használják a folyadékkristályok gyártási folyamatában, de nem használható forrasztópadként. Előállítása során először egy ohmos elektródát kell készíteni a chip felületén, majd bevonni egy ITO réteggel, és végül egy forrasztópadot kell felvinni az ITO felületére. Ily módon a vezetékből érkező áram egyenletesen elosztható az egyes ohmos érintkezőelektródák között az ITO rétegen keresztül. Ugyanakkor az ITO törésmutatója a levegő és az epitaxiális anyag törésmutatója között van, ami növelheti a fénykimeneti szöget és növelheti a fényáramot.
A félvezető LED-technológia fejlődésével a világítástechnika, különösen a fehér fényű LED-ek alkalmazása felkapott területté vált, de a kulcsfontosságú chip- és tokozási technológia még fejlesztésre szorul. A chipek tekintetében a jövő a nagy teljesítmény, a nagy fényhatásfok és a csökkentett hőállóság felé halad. A teljesítmény növelése a chip által felhasznált áram növelését jelenti. A legközvetlenebb út a chip méretének növelése. A jelenleg elterjedt nagy teljesítményű chip mérete körülbelül 1 mm × 1 mm, a felhasznált áram pedig körülbelül 350 mA. Az áram növekedése miatt a hőelvezetés problémája hangsúlyosabbá vált. A chipflip módszer mostanra alapvetően megoldotta ezt a problémát.
A kék LED-ek gyakran Al2O3 szubsztrátokat használnak, amelyek nagy keménységgel és alacsony hő- és elektromos vezetőképességgel rendelkeznek. Pozitív szerkezet használata esetén nemcsak antisztatikus problémák merülnek fel, hanem a hőelvezetés is komoly problémát jelent nagy áramerősség mellett. Ugyanakkor, mivel az elülső elektróda felfelé néz, blokkolja a fény egy részét és csökkenti a fényhatásfokot. A nagy teljesítményű kék LED-ek a chip flip-chip technológiával hatékonyabb fénykibocsátást érhetnek el a hagyományos tokozási technológiához képest. A flip-chip szerkezet gyártási folyamata a következő: először egy nagy méretű kék LED-chipet készítenek eutektikus hegesztésre alkalmas elektródákkal, ugyanakkor egy a kék LED-chipnél valamivel nagyobb szilícium-szubsztrátot készítenek, és egy arany vezetőréteget és egy ólomhuzal réteget (ultrahangos aranyhuzal gömbforrasztás) készítenek rá eutektikus hegesztéshez. Ezután eutektikus hegesztőberendezéssel hegesztik a nagy teljesítményű kék LED-chipet a szilícium-szubsztrátra. Ebben a szerkezetben az epitaxiális réteg közvetlenül érintkezik a szilícium-szubsztrátummal, és a szilícium-szubsztrátum hőállósága sokkal alacsonyabb, mint a zafír-szubsztráté, ami hatékonyan megoldja a hőelvezetés problémáját. Átfordítás után a zafír hordozó felfelé néz, így válik a fénykibocsátó felületté. Átlátszóságának köszönhetően a fénykibocsátás problémája is megoldódik.
Az iparági szakértők szerint a tudomány és a technológia folyamatos fejlődésével a LED-chip technológia továbbra is innovatív lesz, és a jövőbeli LED-lámpák várhatóan nagyobb áttörést hoznak a nagy hatékonyság és a hosszú élettartam terén, így nagyobb kényelmet biztosítva az emberek életében.