垂直结构LED技术面面观

由于蓝宝石基板的导热係数差,影响LED的发光效率。为了解决LED的散热难题,未来有可能将主要采用垂直结构LED的架构,促进LED产业的技术发展。关于垂直结构LED技术相信大家都有所耳闻,下面仅从技术表层进行介绍,谨供参考。

我们知道,LED芯片有两种基本结构,横向结构(Lateral)和垂直结构(Vertical)。横向结构LED芯片的两个电极在LED芯片的同一侧,电流在n-和p-类型限制层中横向流动不等的距离。垂直结构的LED芯片的两个电极分别在LED外延层的两侧,由于图形化电极和全部的p-类型限制层作为第二电极,使得电流几乎全部垂直流过LED外延层,极少横向流动的电流,可以改善平面结构的电流分佈问题,提高发光效率,也可以解决P极的遮光问题,提升LED的发光面积。

我们先来瞭解下垂直结构LED的制造技术与基本方法:

制造垂直结构LED芯片技术主要有三种方法:
一、采用碳化硅基板生长GaN薄膜,优点是在相同操作电流条件下,光衰少、寿命长,不足处是硅基板会吸光。
二、利用芯片黏合及剥离技术制造。优点是光衰少、寿命长,不足处是须对LED表面进行处理以提高发光效率。
三、是采用异质基板如硅基板成长氮化鎵LED磊晶层,优点是散热好、易加工。

制造垂直结构LED芯片有两种基本方法:剥离生长衬底和不剥离生长衬底 。其中生长在砷化鎵生长衬底上的垂直结构GaP基LED芯片有两种结构:
不剥离导电砷化鎵生长衬底:在导电砷化鎵生长衬底上层叠导电DBR反射层,生长 GaP 基LED外延层在导电DBR反射层上。
剥离砷化鎵生长衬底:层叠反射层在GaP基LED外延层上,键合导电支持衬底,剥离砷化鎵衬底。导电支持衬底包括,砷化鎵衬底,磷化鎵衬底,硅衬底,金属及合金等。

另外,生长在硅片上的垂直GaN基LED也有两种结构:
不剥离硅生长衬底:在导电硅生长衬底上层叠金属反射层或导电DBR反射层,生长氮化鎵基LED外延层在金属反射层或导电DBR反射层上。
剥离硅生长衬底:层叠金属反射层在氮化鎵基LED外延层上,在金属反射层上键合导电支持衬底,剥离硅生长衬底。
再简单说明制造垂直氮化鎵基 LED 工艺流程:层叠反射层在氮化鎵基 LED 外延层上,在反射层上键合导电支持衬底,剥离蓝宝石生长衬底。导电支援衬底包括,金属及合金衬底,硅衬底等。

无论是GaP基LED、GaN基LED,还是ZnO基LED这一类通孔垂直结构LED,相比传统结构LED有着较大的优势,具体表现在:
1、目前,现有的所有顏色的垂直结构LED:红光LED、绿光LED、蓝光LED及紫外光LED,都可以制成通孔垂直结构LED有极大的应用市场。
2、所有的制造工艺都是在芯片( wafer )水准进行的。
3、由于无需打金线与外界电源相联结,采用通孔垂直结构的 LED 芯片的封装的厚度降低。因此,可以用于制造超薄型的器件,如背光源等。

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