高壓LED結構及技術(shù)解析

最近幾年由于技術(shù)及效率的進(jìn)步，LED的應用越來(lái)越廣;隨著(zhù)LED應用的升級，市場(chǎng)對于LED的需求，也朝更大功率及更高亮度，也就是通稱(chēng)的高功率LED方向發(fā)展。

　　對于高功率LED的設計，目前各大廠(chǎng)多以大尺寸單顆低壓DC LED為主，做法有二，一為傳統水平結構，另一則為垂直導電結構。就第一種做法而言，其u程和一般小尺寸晶粒幾乎相同，換句話(huà)說(shuō)，兩者的剖面結構是一樣的，但有別于小尺寸晶粒，高功率LED常常需要操作在大電流之下，一點(diǎn)點(diǎn)不平衡的P、N電極設計，都會(huì )導致嚴重的電流叢聚效應(Current crowding)，其結果除了使得LED晶片達不到設計所需的亮度外，也會(huì )損害晶片的可靠度(Reliability)。

　　當然，對上游晶片u造者/晶片廠(chǎng)而言，此作法u程相容性(Compatibility)高，無(wú)需再添購新式或特殊機臺，另一方面，對于下游系統廠(chǎng)而言，L邊的搭配，如電源方面的設計等等，差異并不大。但如前所述，在大尺寸LED上要將電流均勻擴散并不是件容易的事，尺寸愈大愈困難;同時(shí)，由于幾何效應的關(guān)S，大尺寸LED的光萃取效率往往較小尺寸的低。

　　圖：低壓二極體、交流二極體及高壓二極體驅動(dòng)方式的差異(點(diǎn)擊圖片放大)。

　　第2種做法較第1種復雜許多，由于目前商品化的藍光LED幾乎都是成長(cháng)于藍寶石基板之上，要改為垂直導電結構，必須先和導電性基板做接合之后，再將不導電的藍寶石基板予以移除，之后再完成后續u程;就電流分布而言，由于在垂直結構中，較不需要考慮橫向傳導，因此電流均勻度較傳統水式峁刮佳;除此之外，就基本的物理塬理而言，導電性良好的物質(zhì)也具有高導熱的特質(zhì)，藉由置換基板，我們同時(shí)也改善了散熱，降低了接面溫度，如此一來(lái)便間接提高了發(fā)光效率。但此種做法最大的缺點(diǎn)在于，由于u程復雜度提高，導致良率較傳統水平結構低，u作成本高出不少。高壓發(fā)光二極體(HV LED)基本結構及關(guān)鍵技術(shù)

　　晶元光電于全球率先提出了高壓發(fā)光二極體(HV LED)作為高功率LED的解決方案;其基本架構和AC LED相同，乃是將晶片面積分割成多個(gè)cell之后串聯(lián)而成。其特色在于，晶片能夠依照不同輸入之電壓的需求而決定其cell數量與大小等，等同于做到客u化的服務(wù)。由于可以針對每顆cell加以?xún)?yōu)化，因此能夠得到較佳的電流分布，進(jìn)而提高發(fā)光效率。

　　高壓發(fā)光二極體和一般低壓二極體在技術(shù)上最主要的差異有叁，第一為溝槽(Trench)。溝槽的目的在于將復數顆的晶胞獨立開(kāi)來(lái)，因此其溝槽下方需要達到絕緣的基板，其深度依不同的外延結構而異，一般約在4~8um，溝槽寬度方面則無(wú)一定的限制，但是溝槽太寬代表著(zhù)有效發(fā)光區域的減少，將影響HV LED的發(fā)光效率表現，因此需要開(kāi)發(fā)高深寬比的u程技術(shù)，縮小u程線(xiàn)寬以增加發(fā)光效率。

　　第二為絕緣層(Isolation)，若絕緣層不具備良好的絕緣特性，將使整個(gè)設計失敗，其困難點(diǎn)在于必須在高深寬比的溝槽上披覆包覆性良好、膜質(zhì)緊密及絕緣性佳的膜層，這也是單晶AC LEDu程上的關(guān)鍵。

　　第三個(gè)是晶片間的互連導線(xiàn)(Interconnect)。一般而言，要做到良好的連結，導線(xiàn)在跨接時(shí)需要一個(gè)相對平坦的表面，一個(gè)深邃的階梯狀結構將使得導線(xiàn)結構薄弱，在高電壓、高電流驅動(dòng)下易產(chǎn)生毀損，造成晶片的失效，因此平坦化u程的開(kāi)發(fā)就變得重要。理想的狀態(tài)是在做絕緣層時(shí)，能一憬深邃的溝槽予以平坦化，使互連導線(xiàn)得以平順連接。

　　此外，高壓發(fā)光二極體在應用上和一般低壓二極體最主要的不同點(diǎn)為，它不僅僅能夠應用于定直流(Constant DC)中，只要外接橋式整流器，它也能夠應用于交流環(huán)境，非常具有彈性。在高壓發(fā)光二極體中，外部整流器紋AC LED裼猛質(zhì)氮化鎵的做法而改裼霉枵流器，不僅使得耗能少，更可防止逆向偏壓過(guò)大對晶片所造成的影響;最后，因為高壓發(fā)光二極體較AC LED少了內部橋整的發(fā)光區，使發(fā)光效率相對較高，耐用度也較佳。