提高LED防爆灯发光效率的芯片新技术

日期：2014-08-02　点击数： 　

(1)LED防爆灯透明衬底技术

InGaAlPLED通常是在GaAs衬底上外延生长.InGaAlP发光区GaP窗口区制备而成. 与InGaAlP相比，材料具有小得多的禁带宽度，因此，当短波长的光从发光区与窗口 表面射人GaAs衬底时，将被悉数吸收，成为器件出光效率不高的主要原因•在衬底与限制 层之间生长一个布喇格反射区，能将垂直射向衬底的光反射回发光区或窗口，部分改善了器 件的出光特性。一个更为有效的方法是先去除GaAs衬底，代之于全透明的GaP晶体•由 于芯片内除去了衬底吸收区，使量子效率从4%提升到了 25%-30%。为进一步减小电极区 的吸收，将这种透明衬底型的InGaAlP器件制作成截角倒锥体的外形，使童子效率有了更 大的提高。

(2)LED防爆灯金属膜反射技术

透明衬底技术首先起源于美国的HP、Lumileds等公司，金属膜反射法主要由日本、中 国台湾地区的厂商进行了大暈的研究与发展。这种技术不但回避了逶明衬底专利，而且更利 于规模生产，其效果可以说与透明衬底法具有异曲同工之妙。该技术通常称为MB制程，首 先去除GaAs衬底，然后在其表面与Si基底表面同时蒸镀A1质金属膜，然后在一定的温度 与压力下熔接在一起。从发光层照射到基板的光线被A1质金属膜层反射至芯片表面，从而 使器件的发光效率提髙2. 5倍以上„

<3)LED防爆灯表面微结构技术

表面微结构技术是提髙器件出光效率的又一个有效技术，该技术的基本要点是在芯片表 面刻蚀大量尺寸为光波长量级的纹理结构，每个结构虽截角四面体状，这样不但扩展了出光 面积，而且改变了光在芯片表面处的折射方向，从而使透光效率明显提高。

(4)LED防爆灯倒装芯片技术

通过MOCVD技术在蓝宝石衬底上生长GaN基LED结构层，由P/N结发光区发出的 光透过上面的P型区射出。由于p型GaN传导性能不佳，为获得良好的电流扩晨，簡 过蒸镀技术在P区表面形成一层Ni*Au组成的金属电极层• P区引线通过该层金羼 出。为获得好的电流扩展，Ni-Au金属电极层又不能太薄，使得器件的发光效率会受到很大 影响，通常要同时兼顾电流扩展与出光效率两个因素。但无论在什么情况下，

在，总会使透光性能变差。同时，引线焊点的存在也使器件的出光效率受到影响•乘舞 G&NLED倒装芯片的结构可以从根本上消除上述问题。

如图2-13所示，美国LUmHedS&司率先采用了 LED倒装芯片技术，避免了电极鏢, 和引线对出光效率的影响，改善了电流扩散 性和散热性，有效提升了出光效率，外量子 效率达21錚#功率转换效率达2〇% <435nm，

200mA>,.最大功率达400mW (芯片尺寸为 .lmmXlmm,发光波长为.435nro，躯动电流 为1A)，器件的总发光效率比正装结构增加 1*6 倍.

(5)LED防爆灯芯片键合技术

光电子器件对所需要的材料在性能上有—定的要求，通常都需要有大的带宽差和在材料的折射指数上要有很大的变化•用同质外延 生长技术一般都不能形成所需要的带宽差和折射指数差，而用通常的异质外延技术，如在琏 片上外延GaAs和InP等，不仅成本较高，而且结合接口的位铕密度也非常离，很难形成离 质量的光电子集成器件•由于低温键合技术可以大大减少不同材料之间的热失配问親，减少 应力和位错，因此能形成离质量的雒件•随着对键合机理的逐渐认识和键合制程技术的逐渐 成熟，多种不同材料的芯片之间已经能够实现互相键合，从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层再进行键合就可以形成一种新的结构•由于硅化物的电导 率很高，因此可以代替双极型器件中的隐埋层，从而减小RC常数。

(6)LED防爆灯激光剥离技术

激光剥离技术（LLO)是利用激光能量分解GaN/蓝宝石接口处的GaN缓冲层，从而 实现LED外延片从蓝宝石衬底分离。技术优点是外延片转移到离热导率的热沉上，能够改 善大尺寸芯片中电流扩展。N面为出光面，发光面积壜大，电极挡光小，便于制备微结构， 并且减少刻蚀、磨片、划片，更重要的是蓝宝石衬底可以重复运用。

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