製造大功率LED晶片的幾種方法

要想得到大功率LED器件,就必須製備合適的大功率LED晶片。國際上通常的製造大功率LED晶片的方法有如下幾種:

①大尺寸法。通過增大單體LED的有效發光面積和尺寸,促使流經TCL層的電流均勻分佈,以達到預期的光通量。但是,簡單地增大發光面積無法解決散熱問題和出光問題,並不能達到預期的光通量和實際應用效果。

②矽底板倒裝法。首先製備出適合共晶焊接的大尺寸LED晶片,同時製備出相應尺寸的矽底板,並在矽底板上製作出供共晶焊接用的金導電層及引出導電層(超聲金絲球焊點),再利用共晶焊接設備將大尺寸LED晶片與矽底板焊接在一起。這樣的結構較為合理,既考慮了出光問題又考慮到了散熱問題,這是目前主流的大功率LED的生產方式。

美國Lumileds公司於2001年研製出了AlGaInN功率型倒裝晶片(FCLED)結構,其製造流程是:首先在外延片頂部的P型GaN上澱積厚度大於500A的NiAu層,用於歐姆接觸和背反射;再採用掩模選擇刻蝕掉P型層和多量子阱有源層,露出N型層;經澱積、刻蝕形成N型歐姆接觸層,晶片尺寸為1mm×1mm,P型歐姆接觸為正方形,N型歐姆接觸以梳狀插入其中,這樣可縮短電流擴展距離,把擴展電阻降至最小;然後將金屬化凸點的AlGaInN晶片倒裝焊接在具有防靜電保護二極體(ESD)的矽載體上。

③陶瓷底板倒裝法。先利用LED晶片通用設備製備出具有適合共晶焊接電極結構的大出光面積的LED晶片和相應的陶瓷底板,並在陶瓷底板上製作出共晶焊接導電層及引出導電層,然後利用共晶焊接設備將大尺寸LED晶片與陶瓷底板焊接在一起。這樣的結構既考慮了出光問題也考慮到了散熱問題,並且採用的陶瓷底板為高導熱陶瓷板,散熱效果非常理想,價格又相對較低,所以為目前較為適宜的底板材料,並可為將來的積體電路一體化封裝預留空間。

④藍寶石襯底過渡法。按照傳統的InGaN晶片製造方法在藍寶石襯底上生長出PN結後,將藍寶石襯底切除,再連接上傳統的四元材料,製造出上下電極結構的大尺寸藍光LED晶片。

⑤AlGaInN碳化矽(SiC)背面出光法。美國Cree公司是全球唯一採用SiC襯底製造AlGaInN超高亮度LED的廠家,幾年來其生產的AlGaInN/SiCa晶片結構不斷改進,亮度不斷提高。由於P型和N型電極分別位於晶片的底部和頂部,採用單引線鍵合,相容性較好,使用方便,因而成為AlGaInNLED發展的另一主流產品。

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