LED 的應(yīng)用面很廣,然而芯片本身價格過高和發(fā)光效率有待提升的問題,始終困擾著LED照明 技術(shù)的推廣普及。發(fā)光效率要提升,就要有效增加取出效率。而LED的發(fā)光??色和發(fā)光效率與制作LED的材料和工藝有關(guān),制造LED的材料不同,可以產(chǎn)生具有不同能量的光子 ,藉此可以控制LED所發(fā)出光的波長,也就是光譜。

　　一、透明襯底技術(shù)

　　LED通常是在GaAs襯底上外延生長InGaAlP發(fā)光區(qū)GaP窗口區(qū)制備而成。與InGaAlP相比,GaAs材料具有小得多的禁帶寬度,因此,當短波長的光從發(fā)光區(qū)與窗口表面射入GaAs襯底時,將被悉數(shù)吸收,成為器件出光效率不高的主要原因。在襯底與限制層之間生長一個布喇格反射區(qū),能將垂直射向襯底的光反射回發(fā)光區(qū)或視窗,部分改善了器件的出光特性。一個更為有效的方法是先去除GaAs襯底,代之于全透明的GaP晶體。由于芯片內(nèi)除去了襯底吸收區(qū),使量子效率從4%提升到了25-30%。為進一步減小電極區(qū)的吸收,有人將這種透明襯底型的InGaAlP器件制作成截角倒錐體的外形,使量子效率有了更大的提高。

　　二、金屬膜反射技術(shù)

　　透明襯底工藝首先起源于美國的HP、Lumileds等公司,金屬膜反射法主要有日本、臺灣廠商進行了大量的研究與發(fā)展。這種工藝不但??避了透明襯底專利,而且,更利于規(guī)模生產(chǎn)。其效果可以說與透明襯底法具有異曲同工之妙。該工藝通常謂之MB工藝,首先去除GaAs襯底,然后在其表面與Si基底表面同時蒸鍍Al質(zhì)金屬膜,然后在一定的溫度與壓力下熔接在一起。如此,從發(fā)光層照射到基板的光線被Al質(zhì)金屬膜層反射至芯片表面,從而使器件的發(fā)光效率提高2.5倍以上。

　　三、表面微結(jié)構(gòu)技術(shù)

　　表面微結(jié)構(gòu)工藝是提高器件出光效率的又一個有效技術(shù),該技術(shù)的基本要點是在芯片表面刻蝕大量尺寸為光波長量級的小結(jié)構(gòu),每個結(jié)構(gòu)呈截角四面體狀,如此不但擴展了出光面積,而且改變了光在芯片表面處的折射方向,從而使透光效率明顯提高。測量 指出,對于視窗層厚度為20μm的器件,出光效率可增長30%。當視窗層厚度減至10μm時,出光效率將有60%的改進。對于585-625nm波長的LED器件,制作紋理結(jié)構(gòu)后,發(fā)光效率可達30lm/w,其值已接近透明襯底器件的水準。

　　四、倒裝芯片技術(shù)

　　通過MOCVD 技術(shù)在蘭寶石襯底上生長GaN基LED結(jié)構(gòu)層,由P/N結(jié)??光區(qū)發(fā)出的光透過上面的P型區(qū)射出。由于P型GaN傳導(dǎo)性能不佳,為獲得良好的電流擴展,需要通過蒸鍍技術(shù)在P區(qū)表面形成一層Ni-Au組成的金屬電極層。P區(qū)引線通過該層金屬薄膜引出。為獲得好的電流擴展,Ni-Au金屬電極層就不能太薄。為此,器件的發(fā)光效率就會受到很大影響,通常要同時兼顧電流擴展與出光效率二個因素。但無論在什?N情況下,金屬薄膜的存在,總會使透光性能變差。此外,引線焊點的存在也使器件的出光效率受到影響。采用GaN LED倒裝芯片的結(jié)構(gòu)可以從根本上消除上面的問題。

　　五、芯片鍵合技術(shù)

　　光電 子器件對所需要的材料在性能上有一定的要求,通常都需要有大的帶寬差和在材料的折射指數(shù)上要有很大的變化。不幸的是,一般沒有天然的這種材料。用同質(zhì)外延生長技術(shù)一般都不能形成所需要的帶寬差和折射指數(shù)差,而用通常的異質(zhì)外延技術(shù),如在硅片 上外延GaAs和InP等,不僅成本較高,而且結(jié)合介面的位元錯密度也非常高,很難形成高品質(zhì)的光電子集成器件。由于低溫鍵合技術(shù)可以大大減少不同材料之間的熱失配問題,減少應(yīng)力和位錯,因此能形成高品質(zhì)的器件。隨著對鍵合機理的逐漸認識和鍵合工藝技術(shù)的逐漸成熟,多種不同材料的芯片之間已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)互相鍵合,從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層再進行鍵合就可以形成一種新的結(jié)構(gòu)。由于硅化物的電導(dǎo)率很高,因此可以代替雙極型器件中的隱埋層,從而減小RC常數(shù)。

　　六、 鐳射剝離技術(shù)(LLO)

　　鐳射剝離技術(shù)(LLO)是利用鐳射能量分解GaN/藍寶石介面處的GaN緩沖層,從而實現(xiàn)LED外延片 從藍寶石襯底分離。技術(shù)優(yōu)點是外延片轉(zhuǎn)移到高熱導(dǎo)率的熱沉上,能夠改善大尺寸芯片中電流擴展。n面為出光面：發(fā)光面積增大,電極擋光小,便于制備微結(jié)構(gòu),并且減少刻蝕、磨片、劃片。更重要的是藍寶石襯底可以重復(fù)運用。