Si衬底GaN基LED：挑战与创新

"Si衬底LED芯片制造和封装技术" LED（Light Emitting Diode）是一种半导体发光二极管，自1993年第一只基于GaN（氮化镓）的蓝色LED诞生以来，其技术进步迅速。当前，全球商业化生产的GaN基LED主要采用蓝宝石或SiC（碳化硅）作为衬底材料。然而，蓝宝石衬底因其高硬度、低导电性和导热性，导致后续处理和应用中存在困难。同样，SiC衬底虽然导热性能好，但成本较高且硬度也大。相比之下，硅（Si）衬底因其良好的热导电性、较低的价格以及成熟的半导体加工工艺，成为了LED制造领域的焦点。 日本的日亚化学公司在蓝宝石衬底的GaN基LED技术上拥有专利垄断，而美国的CREE公司则控制了SiC衬底的相关技术。这促使国际上积极探索在其他衬底材料上制造GaN基LED的可能性，特别是Si衬底。 制造Si衬底的LED芯片涉及一系列复杂工艺，主要步骤包括：首先，在Si衬底上生长AlN（氮化铝）缓冲层，接着沉积n型GaN层，然后是InGaN（铟镓氮）多量子阱发光层，之后生长P型AlGaN层和p型GaN层。在完成这些外延生长后，会进行键合带有Ag反光层的工艺，形成p型欧姆接触电极。接下来，通过剥离衬底并去除缓冲层，制作n型掺杂硅的欧姆接触电极，进行合金化、钝化处理、芯片切割和最终的封装测试。 LED芯片的结构设计至关重要，Si衬底GaN基LED芯片通常采用倒装薄膜结构，背面有Au（金）电极，Si基板，粘接金属，金属反射镜（即P型欧姆接触电极），GaN外延层，表面粗化以增加光取出效率，最上方是Au电极。这种结构能实现电流垂直分布，提高散热效率，同时增强芯片的可靠性。 关键技术主要包括：1) Si衬底的表面处理和清洁，确保外延生长的质量；2) 高质量的AlN缓冲层生长，以降低晶格失配并减少缺陷；3) InGaN量子阱的精确控制，以优化发光效率；4) p型GaN的掺杂与欧姆接触电极的形成，确保良好的电荷注入；5) 衬底剥离和缓冲层去除技术，避免对芯片性能的影响；6) 芯片的表面粗化和金属反射镜设计，提升光取出效率。 在创新性方面，使用Si衬底解决了传统衬底材料的局限，降低了成本，提高了散热效率，有助于开发更大功率、更高亮度的LED产品。此外，这种技术还有望推动照明、显示、背光源等领域的技术创新，为未来的半导体照明产业带来革命性的变化。 Si衬底LED芯片制造和封装技术是当前LED领域的重要研究方向，它结合了Si衬底的优越性能和成熟的半导体加工工艺，为打破现有技术垄断，推动LED技术的进一步发展提供了新的可能。