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　　LED燈珠照明技術路線包括了外延、襯底、封裝、白光LED燈珠種類等多方面。紅色、綠色、藍色LED燈珠是由磷、砷、氮等的III-V族化合物如砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、磷砷化鎵(GaAsP)以及氮化鎵(GaN)等半導體制成的。

　　1、LED燈珠外延技術

　　近十多年業(yè)界通過改善外延生長工藝使得位錯密度得到了較大的改善。但是主流白光照明用藍光LED燈珠的氮化鎵GaN與襯底間晶格和熱膨脹系數的不匹配仍導致了很高的位錯密度。一直以來,通過研究LED燈珠外延技術來[敏感詞]限度地降低缺陷密度、提高晶體質量是LED燈珠技術追求的目標。

　　LED燈珠的外延片是LED燈珠的核心部分,LED燈珠的波長、正向電壓、亮度或發(fā)光量等光電參數基本上都取決于外延片材料。外延技術和設備是外延片制造技術的關鍵,金屬有機物氣相沉積技術(MOCVD)是生長III-V族、II-VI族和合金薄層單晶的主要方法。外延片的位錯作為不發(fā)光的非輻射復合中心,對器件的光電性能具有非常重要的影響。

　　LED燈珠外延結構及外延技術研究 :

　?、貺ED燈珠常規(guī)的生長技術包括多量子阱前生長低In組分的InGaN預阱釋放應力,并充當載流子“蓄水池”,再升溫生長GaN壘層以提高壘層的晶體質量,生長晶格匹配的InGaAlN壘層或生長應力互補的InGaN/AlGaN結構等。 量子阱有源區(qū)InGaN/GaN量子阱有源區(qū)是LED燈珠外延材料的核心,生長InGaN量子阱的關鍵是控制量子阱的應力,減小極化效應的影響。

　?、诮涍^多年的發(fā)展,LED燈珠的外延層結構和外延技術已比較成熟,LED燈珠的內量子效率已可達90%以上,紅光LED燈珠的內量子效率甚至已接近100%。但在大功率LED燈珠研究中,發(fā)現大電流注入下的量子效率下降較顯著,被稱為Droop效應。GaN基LED燈珠的Droop效應的原因比較傾向于是載流子的局域化,從有源區(qū)泄漏或溢出,以及俄歇復合。實驗發(fā)現采用較寬的量子阱來降低載流子密度和優(yōu)化P型區(qū)的電子阻擋層都可減緩Droop效應。

　　LED燈珠外延結構及外延技術研究中的其它具體技術有:

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　　LED燈珠外延表面粗化就是相當于改變出射角度避免出射光的全反射提高出光率，由于外延材料的折射率與封裝材料不同導致部分出射光將被反射回到外延層。工藝上直接對外延表面進行處理,容易損傷外延有源層,而且透明電極更難制作,通過改變外延層生長條件達到表面粗化是可行之路。

　?、谝r底剝離技術

　　LED燈珠藍寶石襯底激光剝離技術是基于GaN同質外延剝離發(fā)展的技術,利用紫外激光照射襯底,融化過渡層剝離,2003年OSRAM用此工藝剝離藍寶石,將出光率提至75%,是傳統(tǒng)的3倍,并形成了生產線。

　?、跮ED燈珠倒裝芯片技術 據美國Lumileds公司數據,藍寶石襯底的LED燈珠約增加出光率1.6倍。

　?、躄ED燈珠全方位反射膜 除出光正面之外,把其它面的出射光盡可能全反射回外延層內,最終提升從正面的出光率。

　　⑤LED燈珠二維光子晶體的微結構 可提高出光效率,2003年9月日本松下電器制作出了直徑1.5微米,高0.5微米的凹凸光子晶體的LED燈珠,出光率提高60%。

　　2、襯底技術

　　LED燈珠常用的芯片襯底技術路線主要有藍寶石襯底、碳化硅襯底、硅襯底三大類,另有研制中的氮化鎵、氧化鋅等。對襯底材料提出要求:

　?、貺ED燈珠襯底與外延膜層的化學穩(wěn)定性匹配，襯底材料要有好的化學穩(wěn)定性,在外延生長的溫度和氣氛中不易分解和腐蝕,不與外延膜產生化學反應使外延膜質量下降;

　　② LED燈珠襯底與外延膜層的熱膨脹系數匹配，熱膨脹系數相差過大,將使外延膜生長質量下降,在器件工作過程中,還可能由于發(fā)熱而造成器件的損壞;

　?、跮ED燈珠襯底與外延膜層的結構匹配，兩者材料的晶體結構相同或相近,則晶格常數失配小、結晶性能好、缺陷密度低。

　　我國LED燈珠硅襯底技術目前取得了技術突破,正在努力向大規(guī)模產業(yè)化應用發(fā)展。目前,已大量用于商品化的GaN基LED燈珠的襯底只有藍寶石和碳化硅襯底。其它可用于GaN基LED燈珠的襯底材料還有離產業(yè)化還有相當一段距離的GaN同質襯底、ZnO襯底。