硅衬底LED芯片主要制造工艺[3]

　　通过优化Si衬底表面的处理和缓冲层结构，成功生长出可用于大功率芯片的外延材料。采用Pt电极作为反射镜，成功实现大功率芯片的薄膜转移。采用银作为反射镜，大大提高了反射效率，通过改进反射镜的设计并引入粗化技术，提高了光输出功率。改进了Ag反射镜蒸镀前p型GaN表面的清洗工艺和晶片焊接工艺，改善了银反射镜的欧姆接触，量子阱前引入缓冲结构，提高了芯片发光效率，优化量子阱／垒界面生长工艺，发光效率进一步提高，通过改进焊接技术，减少了衬底转移过程中芯片裂纹问题，芯片制备的良率大幅度提高，且可靠性获得改善。通过上述多项技术的应用和改进，成功制备出尺寸1 mm×1 mm，350 mA下光输出功率大于380 mW的蓝色发光芯片，发光波长451 nm，工作电压3.2 V，完成课题规定的指标。表1为芯片光电性能参数测试结果。

　　注：测试条件为350 mA直流，Ta=25℃恒温。

　　3.2 Si衬底LED封装

　　根据LED的光学结构及芯片、封装材料的性能，建立了光学设计模型和软件仿真手段，优化了封装的光学结构设计。通过封装工艺技术改进，减少了光的全反射，提高了产品的取光效率。改进导电胶的点胶工艺方式，并对装片设备工装结构与精度进行了改进，采用电热隔离封装结构和优化的热沉设计，降低了器件热阻，提高了产品散热性能。采用等离子清洗工艺，改善了LED封装界面结合及可靠性。针对照明应用对光源的光色特性的不同要求，研究暖白、日光白、冷白光LED颜色的影响因素：芯片参数、荧光粉性能、配方、用量，并通过改进荧光胶涂覆工艺，提高了功率LED光色参数的控制能力，生产出与照明色域规范对档的产品。蓝光和白光LED封装测试结果见表2。表中：φ为光通量；K为光效；P为光功率；R为热阻；μ为光衰；I为饱和电流。

　　4  结语

　　Si衬底的GaN基LED制造技术是国际上第三条LED制造技术路线，是LED三大原创技术之一，与前两条技术路线相比，具有四大优势：第一，具有原创技术产权，产品可销往国际市场，不受国际专利限制。第二，具有优良的性能，产品抗静电性能好，寿命长，可承受的电流密度高。第三，器件封装工艺简单，芯片为上下电极，单引线垂直结构，在器件封装时只需单电极引线，简化了封装工艺，节约了封装成本。第四，由于Si衬底比前两种技术路线使用的蓝宝石和SiC价格便宜得多，而且将来生产效率更高，因此成本低廉。经过三年的科技攻关，课题申请发明专利12项、实用新型专利7项，该技术成功突破了美国、日本多年在半导体发光芯片(LED)方面的专利技术壁垒，打破了目前日本日亚公司垄断蓝宝石衬底和美国CREE公司垄断SiC衬底半导体照明技术的局面，形成了蓝宝石、SiC、Si衬底半导体照明技术方案三足鼎立的局面。因此采用Si衬底GaN的LED产品的推出，对于促进我国拥有知识产权的半导体LED照明产业的发展有着重大意义。