Son zamanlarda, bilim ve teknolojinin hızla gelişmesiyle birlikte, LED teknolojisinin aydınlatma ve görüntüleme alanındaki uygulamaları giderek yaygınlaşmaktadır. LED teknolojisinin temel bileşeni olan LED çiplerinin üretim süreci ve performans özellikleri büyük ilgi görmektedir.
LED çip üretiminin temel amacı, etkili ve güvenilir bir düşük ohm'lu temas elektrodu oluşturmak, temas ettirilebilir malzemeler arasındaki voltaj düşüşünün küçük olmasını sağlamak ve uygun bir tel bağlama pedi sağlarken ışık çıkış verimliliğini en üst düzeye çıkarmaktır. Kaplama işlemi çoğunlukla vakum buharlaştırma yöntemini kullanır. 4Pa'lık yüksek vakum ortamında, malzeme direnç ısıtması veya elektron ışını bombardımanı ısıtması ile eritilir. Ardından, düşük basınç altında malzeme metal buharına dönüşür ve yarı iletken malzemenin yüzeyine biriktirilir. Genellikle P tipi temas metalleri için AuBe, AuZn ve diğer alaşımlar, N tarafı temas metalleri için ise AuGeNi alaşımları kullanılır. Kaplama ile oluşturulan alaşım katmanının, ışık yayan alanın mümkün olduğunca çoğunu açığa çıkarmak için bir fotolitografi işlemine tabi tutulması gerekir; böylece kalan alaşım katmanı düşük ohm'lu temas elektrotları ve tel bağlama pedlerinin gereksinimlerini karşılar. Fotolitografi işlemi tamamlandıktan sonra, genellikle H2 veya N2 koruması altında gerçekleştirilen alaşımlama işlemine geçilir. Alaşımlama süresi ve sıcaklığı, yarı iletken malzemenin özellikleri ve alaşım fırınının şekli gibi faktörlere göre belirlenir. Mavi-yeşil gibi çip elektrot prosesleri söz konusuysa, pasivasyon filmi büyütme ve plazma aşındırma gibi daha karmaşık proseslerin eklenmesi gerekir.
LED çip üretim sürecinde, birden fazla bağlantı optoelektronik performansı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Genel olarak, LED epitaksiyel üretimi tamamlandıktan sonra, temel elektriksel özellikler temel olarak tamamlanmış olur. Çip üretimi çekirdek yapısını değiştirmese de, kaplama ve alaşımlama işlemi sırasındaki uygunsuz koşullar bazı zayıf elektriksel parametrelere yol açar. Örneğin, alaşım sıcaklığı çok yüksek veya çok düşükse, zayıf ohmik temasa neden olur ve bu da çip üretiminde yüksek ileri voltaj düşüşünün (VF) ana nedenidir. Kesimden sonra, çipin ters sızıntısını iyileştirmek için çip kenarı aşındırılır. Bunun nedeni, elmas taşlama diski kesildikten sonra çipin kenarında büyük miktarda kalıntı tozu kalmasıdır. Bu kalıntılar LED çipinin PN bağlantısına yapışırsa, sızıntıya veya hatta bozulmaya neden olması kolaydır. Ayrıca, çip yüzeyindeki fotorezist temiz bir şekilde soyulmazsa, ön tarafta tel kaynaklama ve soğuk kaynak yapma gibi sorunlara ve arka tarafta yüksek voltaj düşüşüne yol açacaktır. Çip üretim sürecinde, yüzeyin pürüzlendirilmesi ve ters trapezoidal bir yapıya bölünmesiyle ışık yoğunluğu etkili bir şekilde iyileştirilebilir.
LED çipler, güçlerine göre düşük güç, orta güç ve yüksek güç olarak ayrılır ve müşteri ihtiyaçlarına göre tek tüplü, dijital, nokta vuruşlu ve dekoratif aydınlatma kategorilerine ayrılabilir. Çipin belirli boyutu, farklı çip üreticilerinin gerçek üretim seviyesine bağlıdır ve birleşik bir standart yoktur. İşlem standardı karşıladığı sürece, daha küçük çipler birim çıkışını artırabilir ve maliyetleri düşürebilir ve optoelektronik performans temelde değişmeyecektir. Çipin çalışma akımı, çipten geçen akım yoğunluğuyla ilgilidir. Çip ne kadar küçükse, çalışma akımı da o kadar küçük olur ve çip ne kadar büyükse, çalışma akımı da o kadar büyük olur ve birim akım yoğunluğu temelde benzerdir. Isı dağılımının yüksek akım altında önemli bir sorun olduğu düşünüldüğünde, yüksek güçlü çiplerin ışık verimliliği düşük akımdakinden daha düşüktür. Diğer yandan, çip alanındaki artış ve gövde direncindeki azalma nedeniyle, ileri iletim voltajı düşecektir.
Piyasada beyaz ışık için kullanılan yaygın yüksek güçlü LED yongalarının alanı genellikle 40 mil civarındadır. Yüksek güçlü yongalar genellikle 1 W'tan fazla elektrik gücüne sahip yongaları ifade eder. Kuantum verimliliği genellikle %20'nin altında olduğundan, elektrik enerjisinin çoğu ısı enerjisine dönüştürülür, bu nedenle yüksek güçlü yongaların ısı dağılımı son derece önemlidir ve bu da yonganın daha geniş bir alana sahip olmasını gerektirir.
GaN epitaksiyel malzemelerin üretiminde kullanılan çip süreci ve işleme ekipmanları, GaP, GaAs ve InGaAlP'den önemli ölçüde farklıdır. Sıradan kırmızı ve sarı LED çiplerinin ve yüksek parlaklıktaki dört elemanlı kırmızı ve sarı çiplerin alttaşları, GaP ve GaAs gibi bileşik yarı iletken malzemeler kullanır. Genellikle, ıslak işlemlerle fotolitografik olarak işlenen ve son olarak elmas disk bıçaklarıyla çiplere kesilen N tipi alttaşlar haline getirilebilirler. GaN malzemeden üretilen mavi-yeşil çip, safir bir alttaş kullanır. Yalıtımı nedeniyle LED'in bir kutbu olarak kullanılamaz. Epitaksiyel yüzeye kuru aşındırma işlemiyle aynı anda iki P/N elektrot yapılması ve ayrıca bazı pasivasyon işlemlerinin yapılması gerekir. Safir sert olduğundan, elmas disk bıçaklarıyla çiplere kesilmesi zordur ve işlemi GaP ve GaAs malzemelerinden yapılan LED'lere göre daha karmaşıktır.
"Şeffaf elektrotd" çiplerin kendine özgü yapıları ve özellikleri vardır. Şeffaf elektrot olarak adlandırılan elektrotun iki özelliği olmalıdır: iletkenlik ve ışık geçirgenliği. Günümüzde indiyum kalay oksit (ITO) sıvı kristal üretim sürecinde yaygın olarak kullanılmaktadır, ancak lehim pedi olarak kullanılamaz. Bunu yaparken, önce çipin yüzeyine bir ohmik elektrot yapmanız, ardından bir ITO tabakasıyla kaplamanız ve ardından ITO yüzeyine bir lehim pedi kaplamanız gerekir. Bu şekilde, uçtan gelen akım, ITO tabakası aracılığıyla her bir ohmik kontak elektroduna eşit olarak dağıtılabilir. Aynı zamanda, ITO'nun kırılma indisi hava ve epitaksiyel malzemenin kırılma indisi arasındadır, bu da ışık çıkış açısını ve ışık akısını artırabilir.
Yarı iletken LED teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, aydınlatma uygulamaları, özellikle de beyaz ışık LED'leri, önemli bir ilgi odağı haline geldi, ancak temel çip ve paketleme teknolojisinin hala geliştirilmesi gerekiyor. Çipler açısından gelecek, yüksek güç, yüksek ışık verimliliği ve düşük termal direnç yönünde olacak. Gücü artırmak, çipin kullandığı akımı artırmak anlamına gelir. En doğrudan yol, çip boyutunu artırmaktır. Günümüzde yaygın olarak kullanılan yüksek güçlü çipin boyutu yaklaşık 1 mm×1 mm'dir ve kullanılan akım yaklaşık 350 mA'dir. Kullanılan akımdaki artış nedeniyle, ısı dağılımı sorunu daha da belirgin hale gelmiştir. Artık çip çevirme yöntemi bu sorunu temel olarak çözmüştür.
Mavi LED'ler genellikle yüksek sertliğe ve düşük termal ve elektriksel iletkenliğe sahip Al2O3 alt tabakaları kullanır. Pozitif bir yapı kullanılırsa, yalnızca anti-statik sorunlar ortaya çıkmakla kalmaz, aynı zamanda yüksek akım koşulları altında ısı dağılımı da büyük bir sorun haline gelir. Aynı zamanda, ön elektrot yukarı baktığı için ışığın bir kısmını engeller ve aydınlatma verimliliğini azaltır. Yüksek güçlü mavi LED'ler, geleneksel paketleme teknolojisine kıyasla çip çevirme teknolojisiyle daha etkili ışık çıkışı elde edebilir. Ana akım çevirme çipi yapı üretim süreci şöyledir: önce ötektik kaynak için uygun elektrotlara sahip büyük boyutlu bir mavi LED çipi hazırlayın ve aynı zamanda mavi LED çipinden biraz daha büyük bir silikon alt tabaka hazırlayın ve üzerine ötektik kaynak için bir altın iletken tabaka ve kurşun tel tabakası (ultrasonik altın tel bilyalı lehim bağlantısı) yapın. Ardından, yüksek güçlü mavi LED çipini silikon alt tabakaya kaynaklamak için ötektik kaynak ekipmanı kullanın. Bu yapıda, epitaksiyel tabaka silikon alt tabaka ile doğrudan temas halindedir ve silikon alt tabakanın ısıl direnci safir alt tabakanınkinden çok daha düşüktür, bu da ısı dağılımı sorununu etkili bir şekilde çözer. Ters çevrildiğinde, safir alt tabaka yukarı doğru dönerek ışık yayan yüzey haline gelir. Şeffaflığı sayesinde ışık yayma sorunu da çözülür.
Sektör uzmanları, bilim ve teknolojinin sürekli ilerlemesiyle LED çip teknolojisinin de yeniliklere açık olacağını, gelecekteki LED lambaların yüksek verimlilik ve uzun ömür konusunda daha büyük atılımlar yaparak insanların hayatına daha fazla kolaylık getireceğini söyledi.