分析:高辉度4元系LED芯片技术与制作方法

    前言

    最近几年发光二极管(led)的发光效率获得大幅改善，由于发光二极管具备低消费电力与长寿命特征，一般认为未来发光二极管可望成为次世代省能源照明光源。长久以来发光二极管的发展动向一直备受全球高度期待，特别是使用高发光效率InGaN系发光层的蓝光，以及使用绿光高输出LED，与4 元系AlGaInP发光层的黄光、橙光、红光的高辉度LED，顿时成为全球注目的焦点。
 
    目前这些发光效率超越传统荧光灯、白热灯泡的LED已经陆续商品化，同时还持续拓展市场规模与应用领域。接着本文要深入探讨广泛应用在各种领域的4元系AlGaInP红光LED芯片，高辉度技术与制作方法。
 
　　芯片特征
    LED芯片属于具备发光功能的二极管，它的外形尺寸大约只有0.2~1mm呈长方形。如图1(b)所示商品化LED是将LED芯片固定在封装基板与导线架上，铺设金线后再以透明树脂密封包覆。LED依照用途封装成炮弹型、正面、侧面出光表面型，以及考虑散热性的大电力用灯泡型等各种形状。

    LED芯片本身也有许多种类，依照封装组立方式的不同，LED芯片的结构也截然不同。此外LED芯片的尺寸必需根据使用电力选择。图1(a)是铜凸块(Bump)方式，使用覆晶(Flip Chip Type)LED的断面结构图。LED的特性取决于LED芯片的发光性能、封装后的取光效率、集光技术，因此芯片的高辉度化、封装的高性能化、芯片与封装的组合优化设计都非常重要。

    化合物半导体与发光波长

    图2是LED发光层材质与发光波长的关系，如图所示高辉度LED使用的InGaN系(紫外线~绿光)、AlGaInP系(黄绿光~红光)、AlGaAs系(红光~红外线)材料，都是高发光效率化合物半导体结晶，这些半导体材料依照发光层的结晶组成，决定LED的发光波长。

    图3是从结晶基板一直到LED芯片的制作流程，如图所示GaP多结晶使高纯度镓(Ga)与磷(P)原料，在高温、高压环境下反应形成GaP多结晶，接着将此高纯度多结晶的原料，在高温、高压环境下溶解，与种晶接触的同时一边旋转固化形成圆筒状GaP单结晶锭(Ingot)，最后经过裁切、定厚加工、研磨加工，制成单结晶镜面晶圆，一般LED用基板也是使用GaAs单结晶基板。

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