第六讲++LED芯片结构和热ppt课件.ppt

《第六讲++LED芯片结构和热ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第六讲—LED芯片结构和热1第六讲主要内容LED芯片结构热2蓝宝石衬底的GaN基LED芯片-正装芯片由于自然界缺乏GaN单晶材料，体单晶GaN的生长又极其困难，GaN材料的生长主要采用异质外延的方法，通常选用蓝宝石(Al2O3)作为异质外延的衬底。3以蓝宝石为衬底的GaN基LED芯片的主要缺陷：（1）由于蓝宝石是电绝缘材料，所以只能将两个电极都做在芯片的出光面，故需要刻蚀N+接触台面，从而牺牲了有源区的面积。（2）正装LED从P-GaN中发光，电极、焊接点和引线都会吸收部分光，从而导致出光效率的降低；4（3）由于P-GaN层的电导率非常低，为了

2、增加P-GaN的电流扩散，通常情况下，会在P-GaN层表面再沉积一层电流扩散的金属层，这个电流扩散层由Ni和Au组成，会进一步吸收光，从而降低芯片的出光效率。为了减少发射光的吸收，电流扩展层的厚度应减少到几百纳米。但是厚度的减少反过来又限制了电流扩散层在p-GaN层表面均匀和可靠地扩散电流的能力。因此这种p-型接触结构制约了LED芯片的工作功率。5（4）这种结构的p-n结的热量，通过蓝宝石衬底导出去，导热路径较长，且蓝宝石的热导系数较金属低（为35W/m·K），因此，这种结构的LED芯片热阻会较大。综上所述这种正装LED芯片的器件，无论是功率、

3、出光效率还是热性能均不可能是最优的。61998年，LumiledsLighting公司首先提出了倒装芯片（Flip-chip）结构的概念，来解决上述所造成的种种问题。到2001年，该公司制备出倒装焊接结构的大功率AlGaInN-LED。蓝宝石衬底的GaN基LED芯片-倒装芯片7具体制备过程：（1）首先通过MOCVD生长外延层。LED的有源区由InxGa1-xN多量子阱组成，其波长可以通过改变In的含量来调整；8（2）在外延片顶部的P型GaN：Mg层上淀积厚度大于50nm的P电极反射层；（3）刻蚀掉部分P型外延层和多量子阱有源层，露出n型层，然后

4、在暴露的n型GaN层上沉积Al基n接触，其中P型欧姆接触为正方形，N型欧姆接触以梳状插入其中，这样可缩短电流扩展距离，把扩展电阻降至最小；（4）将金属化凸点的AIGalnN芯片倒装焊接在具有防静电保护二极管(ESD)的硅载体上。9倒装芯片的优势（1）既避开P电极上导电层吸收光和电极垫遮光的问题，又可以在p-GaN表面设置低欧姆接触的反光层来将往下的光线引导向上，实现同时降低驱动电压及提高光强。（2）通过共晶焊将LED芯片倒装到具有更高导热率的硅衬底上（导热系数约120W/mK），芯片与衬底间的金凸点和硅衬底同时提高了LED芯片的散热能力。10（

5、3）对于InGaN/AlGaN/GaN双异质结，InGaN活化簿层厚度仅几十纳米，对静电的承受能力有限，很容易被静电击穿，使器件失效。防静电措施：将生产设备接地和隔离人体静电等生产管理方法；LED芯片中加入齐纳保护电路。传统封装工艺：通过金线并联一颗齐纳芯片以提高ESD防护能力，增加封装成本和工艺难度，降低可靠性。倒装工艺：通过在硅衬底内部集成齐纳保护电路的方法，可以大大提高LED芯片的抗静电释放能力（ESD）。11（4）正装结构是GaN与荧光粉和硅胶接触，而倒装结构中是蓝宝石与荧光粉和硅胶接触。GaN的折射率约为2.4，蓝宝石折射率为1.8，

6、荧光粉折射率为1.7，硅胶折射率通常为1.4-1.5。蓝宝石/(硅胶+荧光粉)和GaN/(硅胶+荧光粉)的全反射临界角分别为51.1-70.8°和36.7-45.1°，在封装结构中由蓝宝石表面射出的光经由硅胶和荧光粉界面层的全反射临界角更大，光线全反射损失大大降低，从而提高光效。12垂直结构芯片技术垂直结构LED通过激光剥离工艺将GaN外延层转移至Si、Cu等高热导率的衬底，从而克服传统的蓝宝石衬底GaN基LED在效率、散热、可靠性等方面存在技术瓶颈。13垂直结构芯片技术-工艺晶片键合（waferbonding）、激光剥离（laserlift-

7、off）是制备垂直结构GaN基LED的关键工艺，也是垂直结构与目前LED芯片主流制程（正装、倒装）的重要差异。键合技术与激光剥离技术相结合，能够通过将GaN基LED芯片从蓝宝石衬底转移到其它高电导率、高热导率衬底，以期解决蓝宝石衬底给GaN基LED带来的不利影响。14垂直结构芯片技术-工艺晶片键合和激光剥离的流程图：(1)和(2)表示首先利用晶片键合的方法将GaN外延片与转移衬底Si键合在一起，Sn/Au和Ti/Al/Ti/Au作为键合金属层，通过热压实现GaN材料与Si衬底结合，键合温度300-500℃。15垂直结构芯片技术-工艺(3)与(4

8、)表示利用GaN材料高温分解特性及GaN与蓝宝石间的带隙差，采用光子能量大于GaN带隙而小于蓝宝石带隙的紫外脉冲激光，透过蓝宝石衬底辐照GaN材料，在