搜搜LED網百科：說到LED芯片就必須說說為什么要發展，原因無非就是希望更小更高效更亮，通常主要考慮的是發光效率，影響發光的因素有很多其中LED芯片占很大位置所以說通常LED技術的發展大部分是關于LED芯片的也有封裝技術等。 

LED芯片的發展史自從1993年Nakamura發明高亮GaN藍光LED以來，LED技術及應用突飛猛進。因為有全系列RGB LED產生，增加LED燈的應用范圍，因為可以白光LED產生可以替代白熾燈減少碳排量。芯片的發展主要是為了發光效率以實現能源的最大化利用，哪些因素影響LED芯片的發光效率呢?就白光LED來說，其封裝成品發光效率是由內量子效率, 電注入效率, 提取效率和封裝效率的乘積決定的 

  其中內量子效率主要取決于PN結外延材料的品質如雜質、晶格缺陷和量子阱結構就LED芯 片制造技術來說，它只直接影響著電注入效率和提取效率，因為內量子效率.和封裝效率分別直接與MOCVD技術和封裝技術有關LED芯片的發展也就是MOCVD技術和封裝技術的發展 

      改善LED芯片電注入效率 
　 　  從電學上來說LED可以看作由一個理想的二極管和一個等效串聯電阻組成，其等效串聯電阻由P型層電阻 、P型接觸電阻、N型層電阻、N型接觸電阻以及P-N結電阻等五部分組成。由于在四元AlGaInP LED中電注入效率大于90%，故下面重點討論GaN基LED。 
　　  1)接觸電阻 
　　  對于N-GaN的歐姆接觸相對容易制 作，常用幾種金屬組合如Ti/Al，Ti/Al/Ti/Au, Cr/Au/Ti/Au等，接觸電阻率通�？梢赃_到10-5~10-6 Ω•cm2
。尤其用得最多的四層金屬Cr/Au/Ti/Au的歐姆接觸達 0.33 nΩ•cm2

。值得一提的是有Al的金屬組合中高溫性能較差，在溫度較高時Al存在橫向擴散，這對于小尺寸芯片非常容易出現短路現象。 
          對于低阻的p-GaN歐姆接觸制作比較困難，原因是p-GaN 材料的P型濃度小于1018cm- 3，其次沒有與P-GaN材料的功函數(7.5eV
)匹配的金屬材料。目前具有最大功函數的金屬Pt，其功函數也只有5.65eV。所以接觸電阻率 通常為10 - 2~10-3Ω•cm 2。這樣的接觸電阻對于小功率LED來說不存在嚴重的問題，但對于大功率這個問題不能忽略了。在這種情況下要獲得低阻的p-GaN歐姆接觸就得選擇合適的 歐姆接觸金屬，還得去除GaN 表面氧化層和采用優化熱退火條件的措施。


        2)體電阻 
　　  由于摻Mg的P型 GaN 載流濃度只有 1017/cm3量級，P型GaN層電阻率比較大(~1Ω•cm)，比N型電阻率高出一個數量級以上，可以認為等效串聯電阻的體電阻主要產生在P型層中。 因此，采用兩種方法來減小體電阻：一種是合理設計P、N電極結構，盡量縮短它們間的距離，尤其對于大功率芯片。另一種采用透明導電層(ITO/TCL)。 
　.改善LED芯片提取效率 
　　  大家知道，無論四元AlGaInP還是GaN LED，形成PN結的半導體材料具有高的折射率，根據Snell定律，光在不同折射率界面處會發生全反射，因而降低了提取效率。下面將闡明芯片制造技術如何改變LED芯片的界面，從而提高芯片的光提取效率。 
　　  (1) LED芯片塑形(chip shaping) 
　 　  常規芯片的外形為立方體，左右兩面相互平行，這樣光在兩個端面來回發射，直到完全被芯片所吸收，轉化為熱能，降低了芯片的出光效率。1993 年，M. R. Krames等用磨成角度切割刀將AlGaInP LED成倒金字塔(Truncated Inverted Pyramid, TIP)形狀(側面與垂直方向成35度角)
。芯片的四個側面不再是相互平行，可以使得射到芯片側面的光，經側面的反射到頂面，以小于臨界角的角度出 射;同時，射到頂面大于臨界角的光可以從側面出射，從而大大提高了芯片的出光效率，外部量子效率可以達55%，發光效率高達100lm/W。但將TIP用 于加工采用硬度極高的藍寶石襯底的GaN LED有相等的困難。2001年，Cree公司成功地制作出具有相同的結構形式的GaN/SiC LED，其基板SiC具有被制作成斜面，并將外部量子效率提高到32%，但SiC價格比藍寶石的高的多。 

　     (2) 表面粗化 
　 　  上面提到的芯片側面增加提取效率的方法，那么在出光正面如何提高出光效率呢?目前主流的方法是通過表面粗化技術來破壞光在芯片內的全反射，增加光的 出射效率，提高芯片的光提取效率。主要包括兩種方法：隨機表面粗化和圖形表面粗化。隨機表面粗化，主要是利用晶體的各向異性，通過化學腐蝕實現對芯片表面 進行粗化;圖形表面粗化，利用光刻、干法(濕法)刻蝕等工藝，實現對芯片表面的周期性規則圖形結構的粗化效果。Lee Y J等人
利用HPO3:HCl(5:1)實現對AlGaInP各向異性腐蝕的隨機表面粗化。粗化的AlGaInP LED比未粗化的光致發光強度提高54%，外部量子效率提高54%，光輸出功率提高60%。 
　   C. F. Shen等人
利用圖形表面粗化——圖形藍寶石襯底(Patterned Sapphire Substrate，PSS)制作GaN LED，其采用雙面PSS其光輸出功率比采用單面PSS和普通襯底的分別提高了23.7%和53.2%。 

       (3) 全角反射鏡(Omni-Directional Reflector，ODR) 
        相對于正面出光的反向背面光采用高反鏡面的形式來提高提取效率。對于經典高亮AlGaInP LED，用MOCVD外延技術生長DBR層作為鏡面，使得DBR LED出光強度是原始LED的1.3-1.6倍。但由于DBR反射率隨著光入射角的增加迅速減少，仍有較高的光損耗，平均反射效率并不高。為此發展出與入 射角無關的高反全角反射鏡(Omni-Directional Reflector，ODR)，其由介質和金屬組成
�？梢詫θ魏畏较蛉肷涞墓舛季哂懈叻瓷渎�，LED 具有高光提取效率。全角反射鏡可應用于正裝芯片也可應用于倒裝芯片。2007年，Osram公司Reiner W等，利用干法將外延刻蝕成多斜面，并在外延上沉積SiNx和金屬，制作成掩埋式反射鏡。在20mA，芯片在650nm波段的外部量子效率達到50%，光 效為100lm/W 
。
 
　   （4）鍵合技術(Wafer-Bonding) 
        鍵合技術是獲取高效LED的基本技術，通常依賴于一系列要求，如溫度限制、密閉性要求和需要的鍵合后對準精度。在LED中常采用晶片直接鍵合和金屬共晶的 方法。在金屬鍵合中，必須控制表面的粗糙度以及晶片的翹曲度。金屬合金在鍵合過程中會熔解并實現界面的平坦化。液態的界面使共晶鍵合需要施加相對較小卻要 一致的壓力。在不同的冶金學系統中共晶合金形成于250-390℃之間。常用的共晶鍵合包括Au-Si，Au-Sn，In-Sn，Au-In，Pb- Sn，Au-Ge，Pd-In。四元AlGaInP/GaAs LED采用透明(GaP)和Si基板，InGaN/GaN LED常采用Si基板。鍵合機的重要性能指標是溫度、壓力的均勻性。 

     （5）激光剝離技術(Laser Lift Off, LLO) 
      年來，藍寶石GaN LED的光效有了很大的提升，但由于藍寶石GaN結構和藍寶石導熱的局限性, 進一步提升藍寶石GaN LED的光效受到限制，利用剝離藍寶石襯底來避免這個問題。目前有幾種方法如機械磨拋和激光剝離來去除藍寶石襯底，但激光剝離技術是比較成功的剝離技術， 也成為業界主流方法。它是利用紫外KrF脈沖準分子激光，比如248nm(5eV), 對藍寶石襯底透光(9.9eV)，GaN層吸收從而在藍寶石和GaN界面產生激光等離子體，爆破沖擊波使他們分離的原理。 
      際工作中，首先在準備鍵合的基板和GaN外延上蒸鍍鍵合金屬;然后，將GaN外延鍵合到基板上;再用KrF脈沖準分子激光器照射藍寶石底面，使藍寶石和 GaN界面GaN產生熱分解;再加熱使藍寶石脫離GaN，從而實現對GaN 藍寶石襯底的剝離
。2003年，OSRAM利用該技術成功將GaN LED藍寶石襯底去除，將GaN LED芯片的出光效率提升至75%，為傳統的三倍。 

     （6）LED芯片倒裝技術(Flip Chip) 
      GaN LED主要采用藍寶石襯底，由于它的絕緣性，芯片的P和N電極只能設計制作在芯片的同一外延面上，這樣由于N和P型的歐姆接觸區域，電極區域和封裝的金線 遮擋導致了芯片有效出光區的面積減小;另外P型電極上增加導電性的Ni-Au 或ITO層對光具有吸收性。因此，常規的GaN LED結構限制了GaN LED提取效率的提高。如果利用倒裝技術就可以解決上述兩問題，提高LED的光提取效率。 倒裝技術就是將芯片進行倒置，P型電極采用覆蓋整個Mesa的高反射膜，從而光從藍寶石襯底出射，避免了P型電極金屬的遮擋。加上藍寶石襯底的折射率 1.7比GaN的2.4小，可以提高芯片的光出射效率。另外，也可以解決藍寶石散熱不良問題，倒裝技術可以借助電極(或凸點)與封裝的基板Si直接接觸， 從而降低了熱阻，提升芯片的散熱性能，提高器件可靠性。2001年，Wierer J J等研制出GaN LED功率型倒裝芯片
。在200mA在435nm波段的外部量子效率達到21%，光電轉化效率達到20%，光提取效率是正裝芯片的1.6倍;在 1A下，光輸出功率達到了400mW。目前倒裝技術成為獲取高效大功率LED芯片技術的主流之一。 

      （7）光子晶體(Photonic Crystal) 
       晶體主要用在LED表面或襯底上，是周期性分布的二維光學微腔。由于其在一定波段范圍內光的禁帶，光不能夠在其中傳輸，因而當頻率處在禁帶內的光入射就會 發生全反射。只要設計好光子晶體的結構參數，可以使得LED發出的光都在禁帶內被反射,光子晶體不但增加了內量子效率，也增加提取效率
。理論研 究，指出通過制作帶有光子晶體表面的芯片，可以使得其出光效率達到40%
。M. Boroditsky等人在發光區周圍制作二維光子晶體，其光致發光強度比未采用的增強了60%，外部量子效率可達到70%
。 

　　 (8)薄膜LED芯片技術(Film technology) 
　 　  傳統的藍寶石襯底，由于其結構上的限制發光效率的提升受到了限制。結合鍵合技術(wafer-bonding)和激光剝離(LLO)技術，通過去掉 襯底，粗化出光面，無論在熱特性還是光特性，都具有很好的性能。再通過表面粗化和倒裝技術，可以獲得光效和散熱最好芯片，提取效率達75%
。 

　 （9) AC LED芯片技術 
       LED芯片必須供給合適的直流供電才能正常發光，而日常生活中采用的高壓交流電(AC 100～220V)，必須將其由交流(AC)轉換為直流(DC)，由高壓轉換為低壓，才可以來驅動LED進行正常工作;同時，在進行AC與DC轉換時有 15%～30%的電能損失。用交流AC直接驅動LED發光，整個LED系統將大大簡化。利用LED單向導通的特性，人眼不能響應AC的50-60Hz頻率 變化。所以，AC LED具有體積較小、效率高、高壓低電流導通、雙向導通，及GaN LED不存在靜電擊穿ESD等優點。AC LED 技術關鍵是通過串聯和并聯將正反向的多個微型芯片集成在單個大芯片上(如1.5mmx1.5mm)，其輸出功率可比同尺寸DC LED芯片提約50%。目前已有商品化功率型產品，在色溫3000K為標準、CRI85下，可以實現75lm/W。 

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