高效GaN基阵列式高压LED器件

kaola1992

作为新一代绿色环保的固态照明光源，GaN基LED的发光效率和可靠性在不断的提高和改善。相比于其他传统光源，高性能LED具有光电转换效率高、寿命长、损耗低、无污染等显著优势，已广泛应用关于通用照明、交通指示、显示屏背光源和户外显示屏等领域。传统LED器件结构类型包括正装、垂直和倒装结构。正装结构LED的pn电极分别位于芯片的同侧，其存在的缺点包括散热性能不佳和电流拥挤效应；垂直结构LED特殊的导电衬底和芯片结构，pn电极分别位于芯片的两侧；倒装结构LED的GaN外延层表面整面蒸镀金属反射电极，采用倒装焊技术将芯片倒装于基板上。 单片集成式LED器件内部采用阵列式结构，内部集成多个独立的LED微晶粒，采用电互联的方法将微晶粒串联或并联在一起。通过制作阵列式结构LED器件，能够实现LED器件高电压、小电流的工作状态。相较于传统大功率LED器件，阵列式HV-LED在电流扩展、光提取、功率效率以及光效droop等光电特性方面有较大的优势。由于阵列式LED器件的特殊结构和光电特性，应用在通用照明领域中时，可以使驱动电路的结构简化并降低成本。 本论文的依托项目为国家高技术研究发展计划（863计划），“阵列式高压交/直流（AC/HV）LED芯片产业化研究”。工作内容： 1.阵列式HV-LED的结构设计： 本论文中的单片集成式LED阵列包含16颗串联的微晶粒。自主设计了芯片尺寸、微晶粒尺寸、微晶粒数量、电极叉指形状以及光刻板工艺次数等； 2.HV-LED器件制作的关键工艺: 阵列式单片集成LED的特殊工艺包括ICP深刻蚀隔离、侧壁绝缘保护、电极桥连。深刻蚀隔离工艺需要将隔离跑道中的外延GaN材料刻蚀至蓝宝石衬底，得到一定倾斜角度的微晶粒外延侧壁，并且保证GaN外延层不受损伤；侧壁绝缘保护工艺是采用绝缘材料将阵列式LED器件的微晶粒侧壁进行绝缘保护，保证在后续的电互联中，不会出现微晶粒短路现象；电极桥连工艺是采用电互联材料，跨越隔离深槽，将微晶粒串联或并联在一起； 3.HV-LED器件创新工艺: 首次提出采用旋涂玻璃（Spin on Glass，SOG）材料进行深槽填充，在填充材的绝缘度、折射率以及透过率满足要求的情况下，成功对深度为6~8μm的GaN材料深槽填充； 首次提出采用高温硫磷酸，对阵列式LED器件的微晶粒进行侧壁腐蚀，得到具有倒台结构的微晶粒阵列，增加侧壁出光并且去除外延侧壁刻蚀损伤； 首次提出采用牺牲层技术在GaN基阵列式LED器件中，制作新型空气桥互联电极，不需要经过外延侧壁，下连至蓝宝石衬底，增加了器件工艺的灵活性； 首次提出采用石墨烯新型材料作为微晶粒间的互联电极，采用配套工艺流程并实现器件点亮； 4.HV-LED较传统大功率LED芯片的性能优势: 通过设计并制作HV-LED与传统大功率LED（THP-LED）芯片，对比如I-V特性曲线、输出光功率饱和曲线、功率转换效率曲线、光效droop曲线、器件发光光场分布等；并与传统大功率LED芯片对比分析，比较高压LED芯片在电流扩展，光提取以及光效droop上的优势； 5.高亮度HV-LED的制作及其光电特性分析: 配合高质量刻蚀掩膜，侧壁腐蚀、空气桥电极互连、DBR周期性高反射膜、激光隐形切割等芯片技术，制作出高亮度HV-LED芯片，并封装测试，分析光电性能， 得到了工作电压50V@20mA、裸芯光功率≥360mW、白光出光效率133lm/W（@20mA，CCT=4000K），峰值外量子效率EQE为48.3%（@3mA），反向漏电Ir≤5nA（@VRF≤150V），良率≥80%。

Leon_pengpeng

受教了，感谢！！