LED网  |  免费注册  |  帮助中心  |  找回密码  |  English

全部技术

AlGaInP红光垂直结构超高亮度LED芯片研制

来源:中国半导体照明网    时间:2010-08-05    【字体:

一、引言  

  目前,AlGaInP四元系发光二极管一般使用GaAs衬底,由于GaAs衬底的禁带宽度比AlGaInP窄,有源区所产生的往下发射的光子将会被吸收掉,使得发光效率大幅度降低。为避免衬底吸光,通常在衬底与有源层之间加入一层分布布拉格反射层(DBR),以反射射向衬底的光,减少GaAs的吸收。由于DBR反射层只对法线方向较小角度内(通常qDBR<20°)的光线能有效反射,其它远离法向入射的光线绝大部分都被GaAs衬底吸收,因而提升光效的效果有限。  

  为了提高发光效率,人们开始进行其它衬底代替GaAs吸收衬底的研究。其中一种方法就是用对可见光透明的GaP衬底取代GaAs衬底(TS),即用键合技术将长有厚GaP窗口层的外延层结构粘接在GaP衬底上,并腐蚀掉GaAs衬底,其发光效率可提高一倍以上,同时GaP的透明特性使得发光面积大增。然而,该工艺存在合格率低、使用设备复杂、制造成本高的缺点。近年来,台湾开始进行了倒装衬底AlGaInP红光芯片的制作研究,由于工艺适于批量化生产,且制造成本低,引起人们的广泛兴趣。

  二、垂直芯片结构及工艺  

  本文介绍了我公司进行的AlGaInP红光垂直结构超高亮度LED芯片制作方法。首先进行MOCVD外延,再以高热导率Si、SiC、金属等材料作为衬底,将led外延层粘接在其上并制成芯片。其结构为:  

  工艺制作先在高热导率材料表面上蒸镀Au层作为反射镜面和粘接层,并通过加热加压将LED外延层与高热导率衬底材料粘在一起,再用选择腐蚀的方法将原GaAs衬底腐蚀剥离掉,再经蒸镀、刻蚀、表面粗化等工艺制成以高热导率材料为衬底的LED芯片。由于Au薄膜对红光、对黄光有非常高的反射率,并且可反射所有入射角度的光(q ?90°),因而可使出光效率提高接近3倍。 

图2   DBR及金属反射层的反射率计算和测试结果 (a)DBR结构计算的法向反射谱 (q=0°)(b)金属反射层反射谱(q=0°~90°)

  三、LED 性能测试结果

表1:相同有源区结构不同衬底12mil红光LED芯片参数比较(I=20mA条件下测量)

  表1为12mil尺寸管芯,不同衬底红光LED芯片的光电性能测试结果。从表中可以看到20mA测试电流下,虽然镜面衬底LED芯片电压略有所提升,从1.9V升至1.92V(如图3),但是其亮度提高了3倍,其主要原因是镜面衬底自身高的反射率且可反射各个角度入射的光,另外表面粗化有效的减弱光在材料内部的多次反射,折射及吸收,给光子提供了更多的出射机会;而镜面衬底LED电压的提高主要是由于粗化后芯片表面粗糙度增大,影响电流的传输,同时粘接层也使电压有所上升。

图3 不同衬底红光LED伏安特性曲线

  20mA下测试12mil不同衬底LED芯片的晶圆图如图4所示,镜面衬底红光LED亮度、波长分布非常均匀。如图5所示,20mA电流下,中心波长为623nm的12mil镜面衬底红光LED光效可达50lm/W,光效约是普通衬底LED的2.5倍以上。

图4  不同衬底LED亮度、波长晶圆图(a)普通衬底LED亮度晶圆图(b)普通衬底LED波长晶圆图(c)镜面衬底LED亮度晶圆图(d) 镜面衬底LED波长晶圆图

图5  12mil不同衬底红光LED光效曲线

  四、结论:

  本项目研发的金属反射垂直结构超高亮度AlGaInP红光LED芯片大大提高了LED芯片的发光亮度,而且由于高热导率衬底材料机械强度高,热导率高,可大幅度改善产品的高温特性,提高产品可靠性,在大功率应用方面存在着其它类型LED无法比拟的优势。另外,由于镜面结构不需要较厚的GaP窗口层和DBR层,可大幅度降低外延材料消耗,外延成本比普通GaAs衬底降低。高热导率镜面衬底高亮度LED的研制成功和规模化生产,是一条获得低成本、高稳定性,可在大功率应用中发挥重要作用的有效途径。

更多LED相关资讯,请点击中国LED网或关注微信公众账号(cnledw2013)。
更多新闻