LED燈珠照明技術(shù)路線(xiàn)包括了外延、襯底、封裝、白光LED燈珠種類(lèi)等多方面。紅色、綠色、藍(lán)色LED燈珠是由磷、砷、氮等的III-V族化合物如砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、磷砷化鎵(GaAsP)以及氮化鎵(GaN)等半導(dǎo)體制成的。
1、LED燈珠外延技術(shù)
近十多年業(yè)界通過(guò)改善外延生長(zhǎng)工藝使得位錯(cuò)密度得到了較大的改善。但是主流白光照明用藍(lán)光LED燈珠的氮化鎵GaN與襯底間晶格和熱膨脹系數(shù)的不匹配仍導(dǎo)致了很高的位錯(cuò)密度。一直以來(lái),通過(guò)研究LED燈珠外延技術(shù)來(lái)[敏感詞]限度地降低缺陷密度、提高晶體質(zhì)量是LED燈珠技術(shù)追求的目標(biāo)。
LED燈珠的外延片是LED燈珠的核心部分,LED燈珠的波長(zhǎng)、正向電壓、亮度或發(fā)光量等光電參數(shù)基本上都取決于外延片材料。外延技術(shù)和設(shè)備是外延片制造技術(shù)的關(guān)鍵,金屬有機(jī)物氣相沉積技術(shù)(MOCVD)是生長(zhǎng)III-V族、II-VI族和合金薄層單晶的主要方法。外延片的位錯(cuò)作為不發(fā)光的非輻射復(fù)合中心,對(duì)器件的光電性能具有非常重要的影響。
LED燈珠外延結(jié)構(gòu)及外延技術(shù)研究 :
?、貺ED燈珠常規(guī)的生長(zhǎng)技術(shù)包括多量子阱前生長(zhǎng)低In組分的InGaN預(yù)阱釋放應(yīng)力,并充當(dāng)載流子“蓄水池”,再升溫生長(zhǎng)GaN壘層以提高壘層的晶體質(zhì)量,生長(zhǎng)晶格匹配的InGaAlN壘層或生長(zhǎng)應(yīng)力互補(bǔ)的InGaN/AlGaN結(jié)構(gòu)等。
量子阱有源區(qū)InGaN/GaN量子阱有源區(qū)是LED燈珠外延材料的核心,生長(zhǎng)InGaN量子阱的關(guān)鍵是控制量子阱的應(yīng)力,減小極化效應(yīng)的影響。
?、诮?jīng)過(guò)多年的發(fā)展,LED燈珠的外延層結(jié)構(gòu)和外延技術(shù)已比較成熟,LED燈珠的內(nèi)量子效率已可達(dá)90%以上,紅光LED燈珠的內(nèi)量子效率甚至已接近100%。但在大功率LED燈珠研究中,發(fā)現(xiàn)大電流注入下的量子效率下降較顯著,被稱(chēng)為Droop效應(yīng)。GaN基LED燈珠的Droop效應(yīng)的原因比較傾向于是載流子的局域化,從有源區(qū)泄漏或溢出,以及俄歇復(fù)合。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)采用較寬的量子阱來(lái)降低載流子密度和優(yōu)化P型區(qū)的電子阻擋層都可減緩Droop效應(yīng)。
LED燈珠外延結(jié)構(gòu)及外延技術(shù)研究中的其它具體技術(shù)有:
?、俦砻娲只夹g(shù)
LED燈珠外延表面粗化就是相當(dāng)于改變出射角度避免出射光的全反射提高出光率，由于外延材料的折射率與封裝材料不同導(dǎo)致部分出射光將被反射回到外延層。工藝上直接對(duì)外延表面進(jìn)行處理,容易損傷外延有源層,而且透明電極更難制作,通過(guò)改變外延層生長(zhǎng)條件達(dá)到表面粗化是可行之路。
?、谝r底剝離技術(shù)
LED燈珠藍(lán)寶石襯底激光剝離技術(shù)是基于GaN同質(zhì)外延剝離發(fā)展的技術(shù),利用紫外激光照射襯底,融化過(guò)渡層剝離,2003年OSRAM用此工藝剝離藍(lán)寶石,將出光率提至75%,是傳統(tǒng)的3倍,并形成了生產(chǎn)線(xiàn)。
?、跮ED燈珠倒裝芯片技術(shù) 據(jù)美國(guó)Lumileds公司數(shù)據(jù),藍(lán)寶石襯底的LED燈珠約增加出光率1.6倍。
?、躄ED燈珠全方位反射膜 除出光正面之外,把其它面的出射光盡可能全反射回外延層內(nèi),最終提升從正面的出光率。
?、軱ED燈珠二維光子晶體的微結(jié)構(gòu)
可提高出光效率,2003年9月日本松下電器制作出了直徑1.5微米,高0.5微米的凹凸光子晶體的LED燈珠,出光率提高60%。
2、襯底技術(shù)
LED燈珠常用的芯片襯底技術(shù)路線(xiàn)主要有藍(lán)寶石襯底、碳化硅襯底、硅襯底三大類(lèi),另有研制中的氮化鎵、氧化鋅等。對(duì)襯底材料提出要求:
?、貺ED燈珠襯底與外延膜層的化學(xué)穩(wěn)定性匹配，襯底材料要有好的化學(xué)穩(wěn)定性,在外延生長(zhǎng)的溫度和氣氛中不易分解和腐蝕,不與外延膜產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)使外延膜質(zhì)量下降;
?、?LED燈珠襯底與外延膜層的熱膨脹系數(shù)匹配，熱膨脹系數(shù)相差過(guò)大,將使外延膜生長(zhǎng)質(zhì)量下降,在器件工作過(guò)程中,還可能由于發(fā)熱而造成器件的損壞;
?、跮ED燈珠襯底與外延膜層的結(jié)構(gòu)匹配，兩者材料的晶體結(jié)構(gòu)相同或相近,則晶格常數(shù)失配小、結(jié)晶性能好、缺陷密度低。
我國(guó)LED燈珠硅襯底技術(shù)目前取得了技術(shù)突破,正在努力向大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用發(fā)展。目前,已大量用于商品化的GaN基LED燈珠的襯底只有藍(lán)寶石和碳化硅襯底。其它可用于GaN基LED燈珠的襯底材料還有離產(chǎn)業(yè)化還有相當(dāng)一段距離的GaN同質(zhì)襯底、ZnO襯底。
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