垂直結構LED技術面面觀

由於藍寶石基板的導熱係數差,影響LED的發光效率。為了解決LED的散熱難題,未來有可能將主要採用垂直結構LED的架構,促進LED產業的技術發展。關於垂直結構LED技術相信大家都有所耳聞,下面僅從技術表層進行介紹,謹供參考。

我們知道,LED晶片有兩種基本結構,橫向結構(Lateral)和垂直結構(Vertical)。橫向結構LED晶片的兩個電極在LED晶片的同一側,電流在n-和p-類型限制層中橫向流動不等的距離。垂直結構的LED晶片的兩個電極分別在LED外延層的兩側,由於圖形化電極和全部的p-類型限制層作為第二電極,使得電流幾乎全部垂直流過LED外延層,極少橫向流動的電流,可以改善平面結構的電流分佈問題,提高發光效率,也可以解決P極的遮光問題,提升LED的發光面積。

我們先來瞭解下垂直結構LED的製造技術與基本方法:

製造垂直結構LED晶片技術主要有三種方法:
一、採用碳化矽基板生長GaN薄膜,優點是在相同操作電流條件下,光衰少、壽命長,不足處是矽基板會吸光。
二、利用晶片黏合及剝離技術製造。優點是光衰少、壽命長,不足處是須對LED表面進行處理以提高發光效率。
三、是採用異質基板如矽基板成長氮化鎵LED磊晶層,優點是散熱好、易加工。

製造垂直結構LED晶片有兩種基本方法:剝離生長襯底和不剝離生長襯底 。其中生長在砷化鎵生長襯底上的垂直結構GaP基LED晶片有兩種結構:
不剝離導電砷化鎵生長襯底:在導電砷化鎵生長襯底上層疊導電DBR反射層,生長 GaP 基LED外延層在導電DBR反射層上。
剝離砷化鎵生長襯底:層疊反射層在GaP基LED外延層上,鍵合導電支持襯底,剝離砷化鎵襯底。導電支持襯底包括,砷化鎵襯底,磷化鎵襯底,矽襯底,金屬及合金等。

另外,生長在矽片上的垂直GaN基LED也有兩種結構:
不剝離矽生長襯底:在導電矽生長襯底上層疊金屬反射層或導電DBR反射層,生長氮化鎵基LED外延層在金屬反射層或導電DBR反射層上。
剝離矽生長襯底:層疊金屬反射層在氮化鎵基LED外延層上,在金屬反射層上鍵合導電支持襯底,剝離矽生長襯底。
再簡單說明製造垂直氮化鎵基 LED 工藝流程:層疊反射層在氮化鎵基 LED 外延層上,在反射層上鍵合導電支持襯底,剝離藍寶石生長襯底。導電支援襯底包括,金屬及合金襯底,矽襯底等。

無論是GaP基LED、GaN基LED,還是ZnO基LED這一類通孔垂直結構LED,相比傳統結構LED有著較大的優勢,具體表現在:
1、目前,現有的所有顏色的垂直結構LED:紅光LED、綠光LED、藍光LED及紫外光LED,都可以製成通孔垂直結構LED有極大的應用市場。
2、所有的製造工藝都是在晶片( wafer )水準進行的。
3、由於無需打金線與外界電源相聯結,採用通孔垂直結構的 LED 晶片的封裝的厚度降低。因此,可以用於製造超薄型的器件,如背光源等。

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