氮化镓基高亮度LED核心专利分析[3]

　　总之，基于产业化技术需求的GaN基器件制作，既要考虑到工艺可操作性和简易性，同时也必须以一定的复杂性与冗余性手段来保证器件的可靠性与稳定性，这也是我们足可挖掘的技术创新点之一。

　　封装技术：焊装和材料填充专利集中

　　在制作完成了高亮度GaN管芯器件之后，还要经磨片、划片、裂片、焊装、树脂和荧光材料填充等后步封装工艺。其中，知识产权主要集中于焊装和树脂/荧光材料填充这两大部分。

　　在焊装问题方面，Nichia早期的电极设计和封装专利已有所覆盖，如JP7221103、JP8279643和JP9045965等等。在器件热沉设计上，Lumileds公司拥有热沉设计技术，其基于Si基材料倒装焊（“Flip-Chip”）的封装工艺居业界领先水平，代表专利包括US2003089917、US6498355和US6573537;“Flip-chip”倒装焊优化设计包括EP1204150和EP1256987;Power package包括US6492725.

　　在出光提取效率方面，Lumileds的倒装焊技术中采用了高反射率欧姆电极和侧面倾斜技术以增加采光（其专利号为US2001000209），但Osram公司在此之前于SiC基GaN-LED的出光提取方面开创性地提出了端面“Faceting”概念，覆盖了大多数的相关专利。此外，HP（EP1081771）、Cree（US5631190）在管芯出光采集方面也均有各自的特色。

　　在树脂和荧光材料填充方面，值得注意的是有关新型高效长寿命可见光荧光材料的开发工作，如Nichia的JP9139191和Lumileds的EP1267424等等。总之，GaN基大功率器件的封装技术方面存在着大量“know-how”,值得我们深入研究。

　　工艺技术：专利覆盖较严密

　　在干法刻蚀方面，由于GaN基材料的硬度高、化学稳定性好，采用常见的半导体湿法刻蚀技术不能适应产业化运作的需求，因此必须采用新型的干法刻蚀技术，即不采用化学酸碱溶液腐蚀，而通过气相等离子体轰击等物理/化学反应来获得高刻蚀速率、垂直侧壁、低损伤、各向异性和高选择比的刻蚀效果，为GaN基高性能器件的工艺制作奠定基础。

　　在欧姆电极方面，GaN材料、特别是p-GaN材料的欧姆接触问题是早期阻碍其商品化应用的主要难题之一。Nichia申请了如下几个主要专利：EP0622858（1994）、JP7221103（1995）和JP8279643（1997）；ToyodaGosei在这方面的工作起步也较早，主要是选用不同的合金材料并相应地优化其退火温度，如Ni/Au（JP10135515）、Co/Au（JP10163529）、Mn/Au（JP10270758）、Ni/Au（US6008539）和Ti/Ni（JP2002026390）。另外还有Lumileds的专利US6526082等等。

　　总之，在上述干法刻蚀和欧姆电极这两大工艺技术领域，专利覆盖比较严密，但各研究小组立足于自身的工艺条件和技术优势，也有一定的创新空间。

　　衬底专利：分散于多家企业

　　由于GaN基材料极高的熔解温度和极高的氮气饱和蒸气压，使得获得同质外延大面积GaN单晶非常困难，一般采用异质衬底来进行外延生长。

　　目前，有关大失配衬底异质外延生长方法已较为成熟，获得专利的衬底材料包括：AlN、GaN、Sapphire、6H-SiC、ZnO、LiAlO2、LiGaO2、MgAl2O4、Si、GaAs、3C-SiC及MgO.

　　以Nichia/HP/Lumileds/Toyoda-Gosei为代表的公司采用sapphire（蓝宝石）衬底来进行GaN材料的MOCVD异质外延生长。其中，Nichia在1994年和1995年申请获得的4项专利（其专利号分别是US5433169、JP7312350、EP0599224和EP0622858）以及Lumileds的相关专利（US6537513）具有开创性意义。

　　而Cree/Osram为代表的公司则采用SiC衬底进行MOCVD异质外延生长，并相应地发展和完善了基于SiC衬底的封装技术等后步工艺，其代表性专利的专利号是US5631190、US2002093020、US2003015708及US2003062525等等。

　　当然，为了改善所生长GaN材料的晶体质量，人们发展了许多衬底预处理方法，这方面的专利主要集中于Nichia、Cree、Toyoda-Gosei和Sony等业界的先行企业手中。以Sony/Toshiba/Sanya为代表的日本数家大公司致力于发展新一代超大容量信息存储DVD（“Blu-ray Disc”）光驱用蓝紫色激光二极管，均采用Free-standing GaN基材料来作为同质外延生长的基底。

　　最后，需要指出的一点是：在日本Nichia公司的Nakamura于1994年和1995年率先取得GaN蓝光LED的突破性成果之前，Cree（基于SiC）、Toshiba（基于Sapphire和MgAl2O4）和Toyoda（基于Sapphire）等企业于1991年到1993年间已经申请了若干件GaN基外延生长和衬底选用的美国专利，因而GaN材料衬底选用的核心专利散布于多家主要的业界公司手中，没有出现独家垄断的局面。