LED工藝技術(shù)介紹

LED的應用面很廣，然而芯片本身價(jià)格過(guò)高和發(fā)光效率有待提升的問(wèn)題，始終困擾著(zhù)LED照明技術(shù)的推廣普及。發(fā)光效率要提升，就要有效增加取出效率。而LED的發(fā)光顏色和發(fā)光效率與制作LED的材料和工藝有關(guān)，制造LED的材料不同，可以產(chǎn)生具有不同能量的光子，藉此可以控制LED所發(fā)出光的波長(cháng)，也就是光譜或顏色。

一、透明襯底技術(shù)

LED通常是在GaAs襯底上外延生長(cháng)InGaAlP發(fā)光區GaP窗口區制備而成。與InGaAlP相比，GaAs材料具有小得多的禁帶寬度，因此，當短波長(cháng)的光從發(fā)光區與窗口表面射入GaAs襯底時(shí)，將被悉數吸收，成為器件出光效率不高的主要原因。在襯底與限制層之間生長(cháng)一個(gè)布喇格反射區，能將垂直射向襯底的光反射回發(fā)光區或視窗，部分改善了器件的出光特性。一個(gè)更為有效的方法是先去除GaAs襯底，代之于全透明的GaP晶體。由于芯片內除去了襯底吸收區，使量子效率從4％提升到了25-30％。為進(jìn)一步減小電極區的吸收，有人將這種透明襯底型的InGaAlP器件制作成截角倒錐體的外形，使量子效率有了更大的提高。

二、金屬膜反射技術(shù)

透明襯底工藝首先起源于美國的HP、Lumileds等公司，金屬膜反射法主要有日本、臺灣廠(chǎng)商進(jìn)行了大量的研究與發(fā)展。這種工藝不但迴避了透明襯底專(zhuān)利，而且，更利于規模生產(chǎn)。其效果可以說(shuō)與透明襯底法具有異曲同工之妙。該工藝通常謂之MB工藝，首先去除GaAs襯底，然后在其表面與Si基底表面同時(shí)蒸鍍Al質(zhì)金屬膜，然后在一定的溫度與壓力下熔接在一起。如此，從發(fā)光層照射到基板的光線(xiàn)被Al質(zhì)金屬膜層反射至芯片表面，從而使器件的發(fā)光效率提高2.5倍以上。

三、表面微結構技術(shù)

表面微結構工藝是提高器件出光效率的又一個(gè)有效技術(shù)，該技術(shù)的基本要點(diǎn)是在芯片表面刻蝕大量尺寸為光波長(cháng)量級的小結構，每個(gè)結構呈截角四面體狀，如此不但擴展了出光面積，而且改變了光在芯片表面處的折射方向，從而使透光效率明顯提高。測量指出，對于視窗層厚度為20μm的器件，出光效率可增長(cháng)30％。當視窗層厚度減至10μm時(shí)，出光效率將有60％的改進(jìn)。對于585-625nm波長(cháng)的LED器件，制作紋理結構后，發(fā)光效率可達30lm/w，其值已接近透明襯底器件的水準。

四、倒裝芯片技術(shù)

通過(guò)MOCVD技術(shù)在蘭寶石襯底上生長(cháng)GaN基LED結構層，由P/N結髮光區發(fā)出的光透過(guò)上面的P型區射出。由于P型GaN傳導性能不佳，為獲得良好的電流擴展，需要通過(guò)蒸鍍技術(shù)在P區表面形成一層Ni-Au組成的金屬電極層。P區引線(xiàn)通過(guò)該層金屬薄膜引出。為獲得好的電流擴展，Ni-Au金屬電極層就不能太薄。為此，器件的發(fā)光效率就會(huì )受到很大影響，通常要同時(shí)兼顧電流擴展與出光效率二個(gè)因素。但無(wú)論在什麼情況下，金屬薄膜的存在，總會(huì )使透光性能變差。此外，引線(xiàn)焊點(diǎn)的存在也使器件的出光效率受到影響。采用GaN LED倒裝芯片的結構可以從根本上消除上面的問(wèn)題。

五、芯片鍵合技術(shù)

光電子器件對所需要的材料在性能上有一定的要求，通常都需要有大的帶寬差和在材料的折射指數上要有很大的變化。不幸的是，一般沒(méi)有天然的這種材料。用同質(zhì)外延生長(cháng)技術(shù)一般都不能形成所需要的帶寬差和折射指數差，而用通常的異質(zhì)外延技術(shù)，如在硅片上外延GaAs和InP等，不僅成本較高，而且結合介面的位元錯密度也非常高，很難形成高品質(zhì)的光電子集成器件。由于低溫鍵合技術(shù)可以大大減少不同材料之間的熱失配問(wèn)題，減少應力和位錯，因此能形成高品質(zhì)的器件。隨著(zhù)對鍵合機理的逐漸認識和鍵合工藝技術(shù)的逐漸成熟，多種不同材料的芯片之間已經(jīng)能夠實(shí)現互相鍵合，從而可能形成一些特殊用途的材料和器件。如在硅片上形成硅化物層再進(jìn)行鍵合就可以形成一種新的結構。由于硅化物的電導率很高，因此可以代替雙極型器件中的隱埋層，從而減小RC常數。

六、 鐳射剝離技術(shù)（LLO）

鐳射剝離技術(shù)（LLO）是利用鐳射能量分解GaN/藍寶石介面處的GaN緩沖層，從而實(shí)現LED外延片從藍寶石襯底分離。技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是外延片轉移到高熱導率的熱沉上，能夠改善大尺寸芯片中電流擴展。n面為出光面：發(fā)光面積增大，電極擋光小，便于制備微結構，并且減少刻蝕、磨片、劃片。更重要的是藍寶石襯底可以重復運用。