解答八問：讓你讀透LED晶元

1、LED晶元的製造流程是怎樣的？

LED晶元製造主要是為了製造有效可靠的低歐姆接觸電極，並能滿足可接觸材料之間最小的壓降及提供焊線的壓墊，同時儘可能多地出光。渡膜工藝一般用真空蒸鍍方法，其主要在1.33×10？4Pa高真空下，用電阻加熱或電子束轟擊加熱方法使材料熔化，並在低氣壓下變成金屬蒸氣沉積在半導體材料表面。一般所用的P型接觸金屬包括AuBe、AuZn等合金，N面的接觸金屬常採用AuGeNi合金。鍍膜後形成的合金層還需要通過光刻工藝將發光區儘可能多地露出來，使留下來的合金層能滿足有效可靠的低歐姆接觸電極及焊線壓墊的要求。光刻工序結束後還要通過合金化過程，合金化通常是在H2或N2的保護下進行。合金化的時間和溫度通常是根據半導體材料特性與合金爐形式等因素決定。當然若是藍綠等晶元電極工藝還要複雜，需增加鈍化膜生長、等離子刻蝕工藝等。

2、LED晶元製造工序中，哪些工序對其光電性能有較重要的影響？

一般來說，LED外延生產完成之後她的主要電性能已定型，晶元製造不對其產甞核本性改變，但在鍍膜、合金化過程中不恰當的條件會造成一些電參數的不良。比如說合金化溫度偏低或偏高都會造成歐姆接觸不良，歐姆接觸不良是晶元製造中造成正向壓降VF偏高的主要原因。在切割後，如果對晶元邊緣進行一些腐蝕工藝，對改善晶元的反向漏電會有較好的幫助。這是因為用金剛石砂輪刀片切割後，晶元邊緣會殘留較多的碎屑粉末，這些如果粘在LED晶元的PN結處就會造成漏電，甚至會有擊穿現象。另外，如果晶元表面光刻膠剝離不幹凈，將會造成正面焊線難與虛焊等情況。如果是背面也會造成壓降偏高。在晶元生產過程中通過表面粗化、劃成倒梯形結構等辦法可以提高光強。

3、LED晶元為什麼要分成不同尺寸？尺寸大小對LED光電性能有哪些影響？

LED晶元大小根據功率可分為小功率晶元、中功率晶元和大功率晶元。根據客戶要求可分為單管級、數碼級、點陣級以及裝飾照明等類別。至於晶元的具體尺寸大小是根據不同晶元生產廠家的實際生產水平而定，沒有具體的要求。只要工藝過關，晶元小可提高單位產出並降低成本，光電性能並不會發生根本變化。晶元的使用電流實際上與流過晶元的電流密度有關，晶元小使用電流小，晶元大使用電流大，它們的單位電流密度基本差不多。如果10mil晶元的使用電流是20mA的話，那麼40mil晶元理論上使用電流可提高16倍，即320mA。但考慮到散熱是大電流下的主要問題，所以它的發光效率比小電流低。另一方面，由於面積增大，晶元的體電阻會降低，所以正嚮導通電壓會有所下降。

4、LED大功率晶元一般指多大面積的晶元？為什麼？

用於白光的LED大功率晶元一般在市場上可以看到的都在40mil左右，所謂的大功率晶元的使用功率一般是指電功率在1W以上。由於量子效率一般小於20%大部分電能會轉換成熱能，所以大功率晶元的散熱很重要，要求晶元有較大的面積。

5、製造GaN外延材料的晶元工藝和加工設備與GaP、GaAs、InGaAlP相比有哪些不同的要求？為什麼？

普通的LED紅黃晶元和高亮四元紅黃晶元的基板都採用GaP、GaAs等化合物半導體材料，一般都可以做成N型襯底。採用濕法工藝進行光刻，最後用金剛砂輪刀片切割成晶元。GaN材料的藍綠晶元是用的藍寶石襯底，由於藍寶石襯底是絕緣的，所以不能作為LED的一個極，必須通過干法刻蝕的工藝在外延面上同時製作P/N兩個電極並且還要通過一些鈍化工藝。由於藍寶石很硬，用金剛砂輪刀片很難劃成晶元。它的工藝過程一般要比GaP、GaAs材料的LED多而複雜。

6、「透明電極」晶元的結構與它的特點是什麼？

所謂透明電極一是要能夠導電，二是要能夠透光。這種材料現在最廣泛應用在液晶生產工藝中，其名稱叫氧化銦錫，英文縮寫ITO，但它不能作為焊墊使用。製作時先要在晶元表面做好歐姆電極，然後在表面覆蓋一層ITO再在ITO表面鍍一層焊墊。這樣從引線上下來的電流通過ITO層均勻分布到各個歐姆接觸電極上，同時ITO由於折射率處於空氣與外延材料折射率之間，可提高出光角度，光通量也可增加。

7、用於半導體照明的晶元技術的發展主流是什麼？

隨著半導體LED技術的發展，其在照明領域的應用也越來越多，特別是白光LED的出現，更是成為半導體照明的熱點。但是關鍵的晶元、封裝技術還有待提高，在晶元方面要朝大功率、高光效和降低熱阻方面發展。提高功率意味著晶元的使用電流加大，最直接的辦法是加大晶元尺寸，現在普遍出現的大功率晶元都在1mm×1mm左右，使用電流在350mA.由於使用電流的加大，散熱問題成為突出問題，現在通過晶元倒裝的方法基本解決了這一文題。隨著LED技術的發展，其在照明領域的應用會面臨一個前所未有的機遇和挑戰。

8、什麼是「倒裝晶元（Flip Chip）」？它的結構如何？有哪些優點？

藍光LED通常採用Al2O3襯底，Al2O3襯底硬度很高、熱導率和電導率低，如果採用正裝結構，一方面會帶來防靜電問題，另一方面，在大電流情況下散熱也會成為最主要的問題。同時由於正面電極朝上，會遮掉一部分光，發光效率會降低。大功率藍光LED通過晶元倒裝技術可以比傳統的封裝技術得到更多的有效出光。

現在主流的倒裝結構做法是：首先製備出具有適合共晶焊接電極的大尺寸藍光LED晶元，同時製備出比藍光LED晶元略大的硅襯底，並在上面製作出供共晶焊接的金導電層及引出導線層（超聲金絲球焊點）。然後，利用共晶焊接設備將大功率藍光LED晶元與硅襯底焊接在一起。這種結構的特點是外延層直接與硅襯底接觸，硅襯底的熱阻又遠遠低於藍寶石襯底，所以散熱的問題很好地解決了。由於倒裝後藍寶石襯底朝上，成為出光面，藍寶石是透明的，因此出光問題也得到解決。

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