浅析大功率LED芯片技术发展状况

LED半导体照明网讯 大功率芯片技术专注于如何提升出光效率来提升芯片的发光效率，主要技术途径和发展状况阐述如下：

一：改变芯片外形的技术

当发射点处于球的中心处时，球形芯片可以获得最佳的出光效率。改变芯片几何形状来提升出光效率的想法早在60年代就用于二极管芯片，但由于成本原因一直无法实用。在实际应用中，往往是制作特殊形状的芯片来提高侧向出光的利用效率，也可以在发光区底部(正面出光)或者外延层材料(背面出光)进行特殊的几何规格设计，并在适当的区域涂覆高防反射层薄膜，来提高芯片的侧向出光利用率。

1999年HP公司开发了倒金字塔形AlInGaP芯片并达到商用的目标，TIP结构减少了光在晶体内传输距离、减少了内反射和吸收(有源区吸收和自由截流子吸收等)引起的光损耗、芯片特性大幅度改善，发光效率达100流明/瓦(100mA，610nm)，外量子效率更达到55%(650nm)，而面朝下的倒装结构使P-N结更接近热沉，改善了散热特性，提高了芯片寿命。

　　二：键合技术

AlGaInP和AlGaInN基二极管外延片所用的衬底分别为GaAs和蓝宝石，它们的导热性能都较差。为了更有效的散热和降低结温，可通过减薄衬底或去掉原来用于生长外延层的衬底，然后将外延层键合转移倒导电和导热性能良好热导率大的衬底上，如铜、铝、金锡合金、氮化铝等。键合可用合金焊料如AuSn、PbSn、In等来完成。Si的热导率比GaAs和蓝宝石都好，而且易于加工，价格便宜，是功率型芯片的首选材料。

2001年，Cree推出的新一代XBTM系列背面出光的功率型芯片，其尺寸为0.9mmx0.9mm，顶部引线键合垫处于中央位置，采用"米"字形电极使注入电流能够较为均匀的扩展，底部采用AuSn合金将芯片倒装焊接在管壳底盘上，具有较低的热阻，工作电流400mA时，波长405和470nm的输出光功率分别为250mW和150mW。

　　三：倒装芯片技术

AlGaInN基二极管外延片一般是生长在绝缘的蓝宝石衬底上，欧姆接触的P电极和N电极只能制备在外延表面的同一侧，正面射出的光部分将被接触电极所吸收和键合引线遮挡。造成光吸收更主要的因素是P型GaN层电导率较低，为满足电流扩展的要求，覆盖于外延层表面大部分的半透明NiAu欧姆接触层的厚度应大于5-10nm，但是要使光吸收最小，则NiAu欧姆接触层的厚度必须非常薄，这样在透光率和扩展电阻率二者之间则要给以适当的折衷，折衷设计的结果必定使其功率转换的提高受到了限制。

倒装芯片技术可增大输出功率、降低热阻，使发光的pn结靠近热沉，提高器件可靠性。2001年Lumileds报道了倒装焊技术在大功率AlInGaN基芯片上的应用，避免了电极焊点和引线对出光效率的影响，改善了电流扩散性和散热性，背反射膜的制备将传向下方的光反射回出光的蓝宝石一方，进一步提升出光效率，外量子效率达21%，功率换效率达20%(200mA，435nm)，最大功率达到400mW(驱动电流1A，435nm，芯片尺寸1mmx1mm)，其总体发光效率比正装增加1.6倍。

四：全方位反射膜

除在键合界面制备金属基反射层外，也可以通过外延技术生长具DBR层的AlInGaP和AlInGaN基芯片，但由于DBR反射率随着入射角的增加迅速减少，以全方位平均仍有较高的光损耗，反射膜效率不高。

金属基全方位反射膜可应用于正装芯片也可应用于倒装芯片。金属基全方位反射膜可有效提升出光效率，但必须解决如何制备低阻欧姆接触，高的全方位反射率，和在后续工艺过程中反射膜不会被损害而失去低阻高反射的特性等。