Светодиодные пластины позволяют склеивание при правильном использовании

Производители светодиодов должны выбрать соответствующие материалы и процессы в борьбе с низкой доходностью, пишет Томас Урманн (THOMAS UHRMANN) из Е.В. GROUP.

В беседах с производителями светодиодов в разных регионах мира, я обнаружил, что инженеры сталкиваются с аналогичными проблемами относительно соединения пластин, особенно, когда речь заходит о вертикальных чипах светодиодов (VLED). VLED предлагают ряд ключевых преимуществ по сравнению с их боковыми светодиодными аналогами, хотя боковой подход остается сравнительно простым процессом. Я представлю различия как в плане обработки, так и оптимизации светового потока между вертикальными и горизонтальными светодиодами.

Конструирование светодиода начинается с эпитаксиального роста GaN на сапфировой пластине. Тем не менее, все последующие процессы отличаются. При условии боковой конструкции светодиодов, сапфир остается частью стека GaN-светодиодов. Поскольку сапфир является идеальным изолятором, контакты, равно как основная структура светодиода, должны быть сформированы на верхней стороне светодиодной матрицы.

В результате мы рассматриваем ценное пространство потребляемых электрических соединений. Выполнив простое и быстрое вычисление поверхностных потерь для 4-дюймовой пластины светодиода, предполагая, что работаем с 300х300 мкм матрицей и 100х100 мкм проводными контактными площадками, мы видими, что каждый диодный контакт, потребляет около 10 процентов поверхности пластины, что является весьма значительным показателем.

В противоположность этому, в конструкции вертикальных светодиодов, эпитаксия GaN сопровождается полным смещением пластины относительно металлической пленки, сопровождающей пластину, сцепляющейся с основанием подложки. Поскольку один электрический контакт — непосредственно слой соединения и следовательно проходит в стеке светодиода, изготовители вертикальных светодиодов экономят вышеупомянутые 10% пространства. Кроме того, электрическая инъекция куда эффективнее в вертикальных светодиодах, поскольку у их боковых родственников существуют трудности на этом этапе, особенно когда плотность тока увеличивается.

Оптимизация светового потока

Тем не менее, оптимизация пространства и электрического КПД это лишь один аспект процесса: полученный световой поток от светодиодов также становится проблемой. В светодиодных светильниках, созданных на основе GaN плоскость кристалла GaN приводит к сконцентрированному световому излучению. В боковых светодиодных конструкциях, фотоны и пары в образуются в прозрачной сапфировой пластине таким образом, что свет также выделяется из боковых стенок светодиодов. Согласно описанным выше потерям, эффективность падает.

Для увеличения светового потока в вертикальных светодиодах, металлическое зеркальное покрытие включено в металлические слои, что приводит к переадресации излучаемого света на поверхность светодиода. Оптимизация извлечения света призвана создавать резонансную впадину в комбинации с поверхностной шероховатостью. В дополнение к повышенной эффективности светового потока, свет хорошо направлен.

Дополнительные сложности

При наличии такого количества выгодных сторон, почему не все производители выпускают вертикальные светодиоды? Ну, в дополнение к сложной патентной ситуации, необходимо хорошо понимать все сложности достижения высокой доходности процесса. Для вертикальных светодиодов соединяющий слой является многофункциональным. Он действует в качестве электрического контакта с р-GaN, поэтому проводимость должна быть высокой, чтобы сократить омические потери. Кроме того, соединительный слой передает сбросную теплоту от светодиода на радиатор.

С материальной точки зрения, множество эвтектических металлических систем (например, Au:Sn) или диффузия припоя (например, Au:B) отвечают этим требованиям. Тем не менее, каждый имеет разные требования к обработке. Выбранная металлическая система определяет связующую температуру. Поскольку сапфировая пластина и основание подложки имеют совершенно разные коэффициенты теплового расширения, металлическая система с низкой температурной связью будет держать деформацию на приемлемом (управляемом) уровне. Выбор этих слоев выходит за рамки данной статьи, но, как правило, в роли металлических слоев фигурирует платина, алюминий и золото, а также комбинации этих материалов.

Далее, адгезия и диффузионные барьеры должны быть выбраны, чтобы контролировать диффузию металлов относительно контактов или структуру зеркального слоя светодиода. Правильный выбор может привести к высокопродуктивному процессу переноса слоя.

GaN на кремнии: Новобранец

Возможность использования GaN на кремнии в производстве светодиодов это захватывающая перспектива того, что представляется вероятным для реализации в течение следующих нескольких лет. Сообщения Osram Opto Semiconductors, Samsung LED (в настоящее время Samsung Electronics) и Bridgelux говорят о том, что компании находятся в двух-трех годах от введения технологии в серийное производство, согласно лабораторным исследованиям эффективность таких светодиодов сопоставима со светодиодами на сапфире. С кремниевой подложкой, соединительная пластина обеспечивает возможность передачи светодиода после роста.

Соединение пластины — сложный процесс, который требует обширных знаний материаловедения. Однако, с учетом правильного выбора материалов и технологического опыта, можно прийти к созданию стабильных светодиодных производственных процессов следующего поколения.

Томас Урманн (THOMAS UHRMANN) из Е.В. GROUP


Запись опубликована в рубрике Всячина. Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Добавить комментарий