淺析大功率LED芯片技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

LED半導(dǎo)體照明網(wǎng)訊 大功率芯片技術(shù)專(zhuān)注于如何提升出光效率來(lái)提升芯片的發(fā)光效率，主要技術(shù)途徑和發(fā)展?fàn)顩r闡述如下：

一：改變芯片外形的技術(shù)

當(dāng)發(fā)射點(diǎn)處于球的中心處時(shí)，球形芯片可以獲得最佳的出光效率。改變芯片幾何形狀來(lái)提升出光效率的想法早在60年代就用于二極管芯片，但由于成本原因一直無(wú)法實(shí)用。在實(shí)際應(yīng)用中，往往是制作特殊形狀的芯片來(lái)提高側(cè)向出光的利用效率，也可以在發(fā)光區(qū)底部(正面出光)或者外延層材料(背面出光)進(jìn)行特殊的幾何規(guī)格設(shè)計(jì)，并在適當(dāng)?shù)膮^(qū)域涂覆高防反射層薄膜，來(lái)提高芯片的側(cè)向出光利用率。

1999年HP公司開(kāi)發(fā)了倒金字塔形AlInGaP芯片并達(dá)到商用的目標(biāo)，TIP結(jié)構(gòu)減少了光在晶體內(nèi)傳輸距離、減少了內(nèi)反射和吸收(有源區(qū)吸收和自由截流子吸收等)引起的光損耗、芯片特性大幅度改善，發(fā)光效率達(dá)100流明/瓦(100mA，610nm)，外量子效率更達(dá)到55%(650nm)，而面朝下的倒裝結(jié)構(gòu)使P-N結(jié)更接近熱沉，改善了散熱特性，提高了芯片壽命。

　　二：鍵合技術(shù)

AlGaInP和AlGaInN基二極管外延片所用的襯底分別為GaAs和藍(lán)寶石，它們的導(dǎo)熱性能都較差。為了更有效的散熱和降低結(jié)溫，可通過(guò)減薄襯底或去掉原來(lái)用于生長(zhǎng)外延層的襯底，然后將外延層鍵合轉(zhuǎn)移倒導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能良好熱導(dǎo)率大的襯底上，如銅、鋁、金錫合金、氮化鋁等。鍵合可用合金焊料如AuSn、PbSn、In等來(lái)完成。Si的熱導(dǎo)率比GaAs和藍(lán)寶石都好，而且易于加工，價(jià)格便宜，是功率型芯片的首選材料。

2001年，Cree推出的新一代XBTM系列背面出光的功率型芯片，其尺寸為0.9mmx0.9mm，頂部引線鍵合墊處于中央位置，采用"米"字形電極使注入電流能夠較為均勻的擴(kuò)展，底部采用AuSn合金將芯片倒裝焊接在管殼底盤(pán)上，具有較低的熱阻，工作電流400mA時(shí)，波長(zhǎng)405和470nm的輸出光功率分別為250mW和150mW。

　　三：倒裝芯片技術(shù)

AlGaInN基二極管外延片一般是生長(zhǎng)在絕緣的藍(lán)寶石襯底上，歐姆接觸的P電極和N電極只能制備在外延表面的同一側(cè)，正面射出的光部分將被接觸電極所吸收和鍵合引線遮擋。造成光吸收更主要的因素是P型GaN層電導(dǎo)率較低，為滿足電流擴(kuò)展的要求，覆蓋于外延層表面大部分的半透明NiAu歐姆接觸層的厚度應(yīng)大于5-10nm，但是要使光吸收最小，則NiAu歐姆接觸層的厚度必須非常薄，這樣在透光率和擴(kuò)展電阻率二者之間則要給以適當(dāng)?shù)恼壑?，折衷設(shè)計(jì)的結(jié)果必定使其功率轉(zhuǎn)換的提高受到了限制。

倒裝芯片技術(shù)可增大輸出功率、降低熱阻，使發(fā)光的pn結(jié)靠近熱沉，提高器件可靠性。2001年Lumileds報(bào)道了倒裝焊技術(shù)在大功率AlInGaN基芯片上的應(yīng)用，避免了電極焊點(diǎn)和引線對(duì)出光效率的影響，改善了電流擴(kuò)散性和散熱性，背反射膜的制備將傳向下方的光反射回出光的藍(lán)寶石一方，進(jìn)一步提升出光效率，外量子效率達(dá)21%，功率換效率達(dá)20%(200mA，435nm)，最大功率達(dá)到400mW(驅(qū)動(dòng)電流1A，435nm，芯片尺寸1mmx1mm)，其總體發(fā)光效率比正裝增加1.6倍。

四：全方位反射膜

除在鍵合界面制備金屬基反射層外，也可以通過(guò)外延技術(shù)生長(zhǎng)具DBR層的AlInGaP和AlInGaN基芯片，但由于DBR反射率隨著入射角的增加迅速減少，以全方位平均仍有較高的光損耗，反射膜效率不高。

金屬基全方位反射膜可應(yīng)用于正裝芯片也可應(yīng)用于倒裝芯片。金屬基全方位反射膜可有效提升出光效率，但必須解決如何制備低阻歐姆接觸，高的全方位反射率，和在后續(xù)工藝過(guò)程中反射膜不會(huì)被損害而失去低阻高反射的特性等。