垂直結構LED發展加速 國內外市場優勢明顯

    近年來，“節能時代”已步入生活，在節能環保的新興產業中，照明消耗的能源占全部能源消耗的20%以上，因此，降低照明用電是節省電力的重要途徑。LED節能燈是新一代固體冷光源，具有低能耗、壽命長、易控制、安全環保等特點，是理想的節能環保產品，適用各種照明場所。

    然而，目前led還未大規模進入普通照明，其主要原因之一是由于LED的性價比（lm/$）太低，市場需要快速提高LED性價比的方案。

    提高LED性價比的途徑主要有兩條，一是提高LED的發光效率，二是降低LED的生產成本。但是，效率的提升以及成本的下降的速度，還是達不到市場對LED性價比的期待。然而垂直結構LED能夠保證在一定的發光效率的前提下，采用較大的電流去驅動，這樣一個垂直結構LED芯片可以相當于幾個正裝結構芯片，折合成本只有正裝結構的幾分之一。因此，垂直結構LED必然會加速LED應用于普通照明領域的進程，是市場所向，是半導體照明發展的必然趨勢。

    垂直結構LED的優勢

    從LED的結構上講，可以將GaN基LED劃分為正裝結構、倒裝結構和垂直結構。目前比較成熟的III族氮化物多采用藍寶石材料作為襯底，由于藍寶石襯底的絕緣性，所以普通的GaN基LED采用正裝結構。有源區發出的光經由P型GaN區和透明電極出射。該結構簡單，制作工藝相對成熟。然而正裝結構LED有兩個明顯的缺點，首先正裝結構LEDp、n電極在LED的同一側，電流須橫向流過n-GaN層，導致電流擁擠，局部發熱量高，限制了驅動電流；其次，由于藍寶石襯底的導熱性差，嚴重的阻礙了熱量的散失。

    為了解決散熱問題，美國LumiledsLighting公司發明了倒裝芯片（Flipchip）技術。這種方法首先制備具有適合共晶焊接的大尺寸LED芯片，同時制備相應尺寸的硅底板，并在其上制作共晶焊接電極的金導電層和引出導電層（超聲波金絲球焊點）。然后，利用共晶焊接設備將大尺寸LED芯片與硅底板焊在一起。到裝結構在散熱效果上有了很大的改善，但是通常的GaN基到裝結構LED仍然是橫向結構，電流擁擠的現象還是存在，仍然限制了驅動電流的進一步提升。

    垂直結構可以有效解決正裝結構LED的兩個問題，垂直結構GaN基LED采用高熱導率的襯底（Si、Ge以及Cu等襯底）取代藍寶石襯底，在很大程度上提高了散熱效率；垂直結構的LED芯片的兩個電極分別在LED外延層的兩側，通過圖形化的n電極，使得電流幾乎全部垂直流過LED外延層，橫向流動的電流極少，可以避免正裝結構的電流擁擠問題，提高發光效率，同時也解決了P極的遮光問題，提升LED的發光面積。

    垂直結構LED的制作方法

    GaN基垂直結構LED工藝與正裝結構LED工藝的最大差異在于，垂直結構LED需要引入襯底轉移技術。所謂襯底轉移技術是指用高熱導率與高電導率的新襯底取代原有的生長襯底。具體的步驟分為兩步，首先采用晶片鍵合的方法或者電鍍的方法將新襯底與外延片粘合在一起，然后再利用激光剝離、研磨以及濕法腐蝕等方法將原生長襯底去掉。

    垂直結構LED的發展狀況

    當前全球幾大LED廠商，比如，美國Cree公司、德國Osram公司、美國PhilipsLumileds公司、美國SemiLEDs都擁有自己GaN基垂直結構LED產品。此外，日本、韓國、臺灣以及國內各大LED廠商都在積極開發GaN基垂直結構LED芯片工藝。