LED芯片技术的发展.doc

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1、LED芯片技术的发展LED芯片技术的发展发布时间：2012年04月11日口从1993年Nakamura发明高亮GaN蓝光led以來，LED技术及应用突飞猛进。究其原因有两个方血：1）全系列RGBLED产生，其应用血人人拓宽，2）白光LED产生，让追求低碳时代的人们期望LED尽快成为智能化的第四代固态照明光源。虽然LED的发光效率C经超过日光灯和白炽灯，但商业化LED发光效率还是低于钠灯（1501m/W）o那么，哪些因素影响LED的发光效率呢？就门光LED來说，其封装成品发光效率是由内量子效率，电注入效率，提取效率和封装效率的乘积决定的。其屮内量子效率主要取决于

2、PN结外延材料的品质如杂质、晶格缺陷和量子阱结构，日前内量子效率达60%[1]。电注效率是由P型电极和N型电极间的半导体材料特性决定的，如欧姆接触电阻，半导体层的体电阻（电子的迁移率）。对460血蓝光（2.7eV）LED,导通电压3.2-3.6V,所以日前最好的电注入效率84%。但AlGalnPLEDs的人于90%。提取效率由半导体材料间及具岀射介质间的不同折射率引起界面上的反射，导致在PN发射的光不能完全逸岀LED芯片。提収效率H前最人达75%[2]。封装效率由封装材料荧光粉的转换效率和光学透镜等决定的，封装效率为60%[3]o因此日前门光LED的总效率可达

3、23%。就LED芯片制造技术来说，它只百接影响着电注入效率和提取效率，因为内量子效率.和封装效率分别肓接与M0CVD技术和封装技术有关，因此木文着重介绍相关于电效率和提取效率的LED芯片技术及其发展趋势。1•改善电注入效率从电学上来说LED可以看作由一个理想的二极管和一个等效串联电阻组成，其等效串联电阻由P型层电阻、P型接触电阻、N型层电阻、N型接触电阻以及P-N结电阻等五部分组成。由于在四元AlGalnPLED中电注入效率大于90%,故下面重点讨论GaN基LED。1）接触电阻对于N-GaN的欧姆接触相对容易制作，常用儿种金属组合如Ti/Al,Ti/Al/Ti

4、/Au,Cr/Au/Ti/Au等，接触电阻率通常可以达到10-5、10-6Q・cm2[4]。尤其用得最多的四层金属Cr/Au/Ti/Au的欧姆接触达0.33nQ・cm2⑸。值得一提的是有Al的金属组合中高温性能较差，在温度较高时A1存在横向扩散，这对于小尺寸芯片非常容易出现短路现象。对于低阻的p-GaN欧姆接触制作比较困难，原因是p-GaN材料的P型浓度小于1018cm-3,其次没有与P-GaN材料的功函数（7.5eV[6]）匹配的金属材料。目前具有最大功函数的金属氏，其功函数也只有5.65eVo所以接触电阻率通常为10-2~10-3Q・cm2。这样的接触电阻

5、对于小功率LED來说不存在严重的问题，但对于人功率这个问题不能忽略了。在这种情况下要获得低阻的p-GaN欧姆接触就得选择合适的欧姆接触金属，还得去除GaN表面氧化层和采川优化热退火条件的措施。［7］2）体电阻由于掺Mg的P型G沐载流浓度只有1017/cm3量级，P型G&N层电阻率比较人（~lQ?cm），比N型电阻率高出一•个数量级以上，可以认为等效串联电阻的体电阻主要产生在P型层屮。因此，采用两种方法來减小体电阻：一种是合理设计P、N电极结构，尽量缩短它们间的距离，尤具对于大功率芯片。另一•种采川透明导电层（ITO/TCL）。2.改善提取效率人家知道，无论四元

6、AlGalnP还是GaNLED,形成PN结的半导体材料具育高的折射率，根据SnELl定律，光在不同折射率界面处会发生全反射，因而降低了提取效率。下面将阐明芯片制造技术如何改变LED芯片的界面，从而提高芯片的光提取效率。（1）芯片塑形（chipshaping）常规芯片的外形为立方体，左右两血相互平行，这样光在两个端血來冋发射，直到完全被芯片所吸收,转化为热能,降低了芯片的出光效率。1993年，M.R.Krames等用磨成角度切割刀将AlGalnPLED成倒金字塔（TruncatedInvertedPyramid,TIP）形状（侧血与垂肓方向成35度角）［8］。芯

7、片的四个侧血不再是相互平行，可以使得射到芯片侧血的光，经侧血的反射到顶血，以小于临界角的角度出射；同时，射到顶血人于临界角的光可以从侧面出射，从而人人提高了芯片的出光效率，外部量子效率可以达55%,发光效率高达1001m/W。但将TIP用于加T采用®j度极高的蓝宝石衬底的GdNLED有相等的困难。2001年，Cree公司成功地制作出具有相同的结构形式的GaN/SiCLED,其基板SiC具有被制作成斜面，并将外部量子效率捉高到32%,但SiC价格比蓝宝石的高的多。（2）表血粗化上而提到的芯片侧面增加提取效率的方法，那么在出光正面如何提高出光效率呢？日前主流的方法

8、是通过表血粗化技术來破坏光在芯片内的全