浅析硅基GaN LED及光萃取技术

浅析硅基GaN LED 及光萃取技术

传统的氮化镓(GaN)LED 元件通常以蓝宝石或碳化硅(SiC)为衬底，因为这

两种材料与GaN 的晶格匹配度较好，衬底常用尺寸为2”或4”。业界一直在致

力于用供应更为丰富的硅晶圆(6”或更大)来发展GaN，因为硅衬底可显着降低

成本，而且可以在自动化IC 生产线上制造。据合理估计，相较于传统技术，

这种衬底可节省80%的成本。

但是，硅衬底的问题在于与GaN 之间在机械和热力方面严重不匹配，这会导致构成LED 元件的晶圆出现严重翘曲和晶体材料质量变差。现在，剑桥

大学衍生公司CamGan(2012 年被Plessey 收购)的硅基GaN 技术已解决了此类不匹配问题，且已成功应用于其位于英国普利茅斯的晶圆加工厂。由此，业界

首款低成本、入门级别的商用硅基GaN LED 现正处于上市阶段。初级产品主要面向指示灯和重点照明市场，其光效为30-40lm/W。

垂直LED 生产流程GaN on Si Growth：硅基氮化镓生长

Mirror layer added：增设的镜像Wafer：使用晶圆

Flip bonded wafer：倒装键合晶片

Substrate removal：衬底去除

Metallisation and surface texturing：喷涂金属层和表面纹理采用硅衬底生产LED 需要一些工艺步骤来克服架构中固有的硅材料吸收光问题并制造

出高效的元件。在晶圆加工工艺中(如接着是焊线，在铸造焊接层时，采用导电

和导热易熔金锡层(重熔点温度约为280℃)与其他金属层一起，以作为焊接金属和元件或替代品之间的载体。焊线完成后，去除亲本晶圆，将用于GaN 层外延生长的晶种层露出来。翻转晶圆进行下一步的LED 元件由于GaN 半导体的反

射指数很高(445nm 蓝光的反射指数约为2.45)，因此只有很少的光逃逸到自由