圖文詳解硅光子技術(shù)制造細薄膜的LED陣列

較高的密度單一石英細薄膜光射二極管(led)數組已被研究。連結的附生細薄膜(epi薄膜)LED約薄為2μm已被建構于CMOS IC驅動(dòng)器上，以及其它相異的原料基座是透過(guò)分子內力(“附生細薄膜連結(EFB)”技術(shù))。此一附生細薄膜LED數組提供足夠好的特性以供應LED印頭(小的可變之射極光功率(±5%)，以及長(cháng)生命周期(>1000h))。制造測試于2維(2D)附生細薄膜的LED數組；顯示2D的1200dpi附生細薄膜LED數組(一個(gè)小的光射范圍為10μmx10μm，以及一個(gè)良好的數組強度為21.2μm)建構好的效能以顯示其特性。

　　連結的1200dpi附生細薄膜LED數組于類(lèi)鉆石的碳(DLC)細薄膜是具有高熱流 傳導于第一時(shí)間內被測試。測試結果顯示好的鏈接之小的附生細薄膜(10μmx10μm)于DLC細薄膜是可以被建構。LED數組被鏈接于DLC細薄膜形狀于硅基座上顯示較高的熱流傳導特性；初步評估LED的溫度建議約為50℃甚至于一十分高的20kA/cm2 LED電流密度。

　　于近幾年，硅光子技術(shù)有一個(gè)特定的吸引力是為來(lái)自于”超越穆?tīng)枴奔夹g(shù)。許多的研究已被用來(lái)發(fā)展硅光子技術(shù)。于硅光子技術(shù)上的關(guān)鍵之一為整合光裝置與硅裝置。整合的光裝置以及硅裝置被許多的方法所研究，如使用硅的光射裝置，化合物半導體長(cháng)成于硅，以及晶圓連結等。這些技術(shù)均是為了裝置整合，半導體細薄膜連結看似吸引特別為整合相異的原料裝置。

　　至今半導體細薄膜連結的先導工作，許多的研究室早已研究將半導體細薄膜連結以整合到相異的原料裝置。但并無(wú)應用于很成功的產(chǎn)品已被半導體細薄膜連結。難于掌控半導體細薄膜使不具有任何的瑕疵，尤其是于晶圓層，看似一個(gè)大的理由為何有些實(shí)驗室嘗試應用半導體細薄膜鏈接于裝置產(chǎn)品。建構高可靠的鏈接細薄膜裝置已成為一個(gè)迫切的問(wèn)題。

　　半導體細薄膜連結具有一個(gè)大優(yōu)點(diǎn)將提供更多可變的抉擇以整合裝置原料組合勝于化合物半導體長(cháng)成于硅。未匹配的原料特性以及裝置過(guò)程限制化合物半導體長(cháng)成于硅于相異的原料裝置整合的應用。它將有可能來(lái)整合裝置，它可以被分開(kāi)制造于最好的制造過(guò)程中，當半導體細薄膜連結被應用。此也將引導高效能以及高可靠的被整合裝置。它的另一優(yōu)點(diǎn)是使用半導體細薄膜連結，此為平面的線(xiàn)結構被照相平版印刷形狀以連接到整合的裝置。金屬細薄膜線(xiàn)可以被形狀覆蓋于邊緣區域的鏈接細薄膜裝置。其線(xiàn)結構將導致更多的壓縮以及被整合高密度的裝置，相較于表面芯片固定結構使用晶粒鏈接，線(xiàn)鏈接以及翻轉的芯片的鏈接。平面的線(xiàn)結構排除大的連接印臺。將會(huì )產(chǎn)生降低裝置尺寸以及增加裝置的整合密度的結果。

光射二極管印頭(LED印頭)為關(guān)鍵組件，它被用于LED打印機以及單當作光源的使用。LED沖印機是為光電印刷打印機的型態(tài)之一；另一型態(tài)是為激光打印機。傳統的LED印頭包含有LED數組芯片以及CMOS IC驅動(dòng)器芯片這些可以被安裝于印刷電路板上。LED數組芯片以及IC驅動(dòng)器芯片被具有高密度線(xiàn)的鏈接。于LED數組芯片的光射區域是小的，例如，于600dpi為20μmx20μm，但是LED 數組芯片的尺寸卻是很大，因為有大的線(xiàn)連結印臺。安裝的LED數組芯片以及IC驅動(dòng)器芯片也限制LED印頭尺寸的降低。為了解決這些問(wèn)題，我們也已研究整合細薄膜LED數組與CMOS IC驅動(dòng)器，并也有成功的開(kāi)發(fā)3維的細薄膜LED數組與IC驅動(dòng)器整合于LED印頭的技術(shù)；我們將此此技術(shù)稱(chēng)為“附生細薄膜連結(EFB)”技術(shù)并稱(chēng)為半導體細薄膜 “附生細薄膜”。

　　EFB技術(shù)將會(huì )被應用于整合相異的原料以及整合于附生細薄膜LED數組與IC驅動(dòng)器LED印頭上。應用的EFB技術(shù)于超高高密度整合的相異的原料裝置將是為一個(gè)有效的未來(lái)目標。制造于2D的附生細薄膜LED數組有一個(gè)好的測試EFB技術(shù)被應用于超高密度整合。2D LED數組的密度被限制于一個(gè)數組強度約為1mm盡可能長(cháng)的LED，被數組于具有傳統的安裝技術(shù)。許多較高的LED數組密度被期望建構于EFB技術(shù)被應用于2D LED數組的制造。

　　于較高的密度附生細薄膜LED數組，較高的熱傳導被期望于附生細薄膜LED數組被鏈接的基座，尤其當LED被操作于較高的LED電流范圍。但許多的研究為連結于半導體細薄膜在高熱流傳導材料已有被研究及報導。

　　于本文中，較高的密度附生細薄膜LED數組被整合于具有CMOS IC驅動(dòng)器的LED印頭之3維空間中。較高密度的2D附生細薄膜LED數組也可以由EFB的測試而被應用于較高密度整合的相異的原料裝置。藉由EFB的附生細薄膜LED數組形狀的熱傳導特性也被描述；經(jīng)由EFB的附生細薄膜LED的測試被連結于類(lèi)鉆石碳的(DLC)細薄膜也會(huì )被報導。

　　LED數組以及CMOS IC驅動(dòng)器的整合

　　圖1所顯示的為L(cháng)ED數組芯片以及IC驅動(dòng)器芯片的顯微鏡影像，它被安置于具有600dpi習慣的LED印頭印刷電路板。LED數組芯片以及IC驅動(dòng)器芯片為電子式連接具有高密度的金屬鏈接線(xiàn)，連結的線(xiàn)數量約為3000。

圖2所顯示的為新的LED數組的制造過(guò)程，它是為附生細薄膜LED數組，以及CMOS IC驅動(dòng)器被整合于EFB中。

　　(a)對LED的附生細薄膜層被長(cháng)成于GaAs基座上。一個(gè)具有拋棄層被遠用來(lái)蝕刻GaAs基座；以及附生細薄膜層被長(cháng)成于附生細薄膜LED層，以及GaAs基座之間。附生細薄膜LED層包含有AlGa，當層中有雙異質(zhì)結構 (LED的波長(cháng)約為750nm)。
　　(b)附生細薄膜LED層為臺地蝕刻于不同的絕緣區域，以及曝露拋棄層于臺地蝕刻。此絕緣圖樣為附生細薄膜LED層是被釋放自其它基座（GaAs基座）是透過(guò)對拋棄層的化學(xué)蝕刻。提供的材質(zhì)被成形20μmx20μm的絕緣范圍，此LED數組的區域強度為42.3μm以支持附生細薄膜LED層于600dpi數組強度。金屬細薄膜線(xiàn)被適當的釋放，以及連結處理成形于附生細薄膜LED的邊緣范圍沒(méi)有缺點(diǎn)；
　　(c)附生細薄膜LED層的連結對有好的步驟含蓋率之金屬細薄膜線(xiàn)以及鏈接區域于IC驅動(dòng)器于附生細薄膜邊緣區域被觀(guān)查到。附生細薄膜LED層透過(guò)分子內力被緊密的鏈接到IC驅動(dòng)器表面于室溫下操作不用任何黏著(zhù)。于鏈接區域，此一IC驅動(dòng)器表面于附生細薄膜 連結 過(guò)程之前是沒(méi)什作用的。
　　(d)支援材料被由附生細薄膜LED層走移。
　　(e)附生細薄膜LED層被由LED數組臺地蝕刻成各別的LED。
　　(f)金屬細薄膜線(xiàn)被透過(guò)照相平版印刷成形并連接到附生細薄膜LED以及IC驅動(dòng)器。

圖3所顯示為附生細薄膜LED鏈接于IC驅動(dòng)器范圍的掃描電子顯微鏡 (SEM) 影像。其光射范圍（附生細薄膜）為2μm。附生細薄膜LED被鏈接適當的IC驅動(dòng)器；無(wú)爆裂以及閑置被觀(guān)查到甚至有十分細附生細薄膜范圍約薄為150nm。圖4為顯示600dpi附生細薄膜LED數組被整合于具有IC驅動(dòng)器的SEM影像。附生細薄膜LED數組被適當的鏈接于IC驅動(dòng)器于CMOS IC晶圓范圍內。光射范圍為20μmx20μm。LED數組的強度為42.3μm（600dpi數組強度）。金屬細薄膜線(xiàn)被適當成形而于附生細薄膜LED的邊緣范圍內不具缺點(diǎn)。

　　圖5所顯示的為附生細薄膜LED鏈接于IC驅動(dòng)器的SEM影像剖面圖。相當好的連結被建構且無(wú)閑置出現于連結的界面，清楚的證明原子的后端范圍是在鏈接接口沒(méi)有被觀(guān)查到。不同的PLED以及Vf 分配是小的；PLED的變化約為±5%且Vf的變化約±2%，也有傳統型態(tài)LED數組芯片（LED數組于GaAs基座）等效于PLED以及Vf。不同的PLED以及Vf 分配表示不同的鏈接接口特性，If 閑置∕或爆裂出現于附生細薄膜LED數組，不同的PLED以及Vf 分配。