對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)管芯(200-350μm2),日本日亞公司報(bào)道的最高研究水平,紫光(400 nm)22 mW,其外量子效率為35.5%,藍(lán)光(460 nm) 18.8 mW,其外量子效率為34.9%。美國(guó)Cree公司可以提供功率大于15 mW 的藍(lán)色發(fā)光
芯片(455~475 nm)和最大功率為21 mW的紫光發(fā)光芯片(395~410 nm),8 mW 綠光(505~525 nm)發(fā)光芯片。臺(tái)灣現(xiàn)在可以向市場(chǎng)提供6 mW左右的藍(lán)光和4 mW左右的紫光芯片,其實(shí)驗(yàn)室水平可以達(dá)到藍(lán)光10 mW和紫光7~8 mW的水平。國(guó)內(nèi)的公司可以向市場(chǎng)提供3~4mW的藍(lán)光芯片,研究單位的水平為藍(lán)光6 mW左右,綠光1~2 mW,紫光1~2 mW。
hIo0S8MOj$ oLw|uU-| 隨著外延生長(zhǎng)技術(shù)和多量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)展,超高亮度發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率己有了非常大的改善,如波長(zhǎng)625 nm AlGaInP基超高亮度發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率可達(dá)到100%,已接近極限。
dQK`sLChv bQj`g2eyM AlGaInN基材料內(nèi)存在的晶格和熱失配所致的缺陷、應(yīng)力和電場(chǎng)等使得AlGaInN基超高亮度發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率比較低,但也在35~50%之間,
半導(dǎo)體材料本身的光電轉(zhuǎn)換效率己遠(yuǎn)高過(guò)其它發(fā)光光源,因此提高芯片的外量子效率是提高發(fā)光效率的關(guān)鍵。這在很大程度上要求設(shè)計(jì)新的芯片結(jié)構(gòu)來(lái)改善芯片出光效率,進(jìn)而達(dá)到提升發(fā)光效率(或外量子效率)的目的,大功率芯片技術(shù)也就專(zhuān)注于如何提升出光效率來(lái)提升芯片的發(fā)光效率,主要技術(shù)途徑和發(fā)展?fàn)顩r闡述如下:
qK,V$l(4# 8JP6M!F# 1)改變芯片外形的技術(shù)
:*cHA Y$+QNi 當(dāng)發(fā)射點(diǎn)處于球的中心處時(shí),球形芯片可以獲得最佳的出光效率。改變芯片幾何形狀來(lái)提升出光效率的想法早在60年代就用于二極管芯片,但由于成本原因一直無(wú)法實(shí)用。在實(shí)際應(yīng)用中,往往是制作特殊形狀的芯片來(lái)提高側(cè)向出光的利用效率,也可以在發(fā)光區(qū)底部(正面出光)或者外延層材料(背面出光)進(jìn)行特殊的幾何規(guī)格設(shè)計(jì),并在適當(dāng)?shù)膮^(qū)域涂覆高防反射層薄膜,來(lái)提高芯片的側(cè)向出光利用率。
eo ?Oir) gb(#DbI 1999年HP公司開(kāi)發(fā)了倒金字塔形AlInGaP芯片并達(dá)到商用的目標(biāo),TIP結(jié)構(gòu)減少了光在晶體內(nèi)傳輸距離、減少了內(nèi)反射和吸收(有源區(qū)吸收和自由截流子吸收等)引起的光損耗、芯片特性大幅度改善,發(fā)光效率達(dá)100流明/瓦(100 mA,610 nm),外量子效率更達(dá)到55%(650 nm),而面朝下的倒裝結(jié)構(gòu)使P-N結(jié)更接近熱沉,改善了散熱特性,提高了芯片壽命。
M?R!n$N_ O:,=xIXR 2)鍵合技術(shù)
zb?kpd}r 3sb 5E]P AlGaInP和AlGaInN基二極管外延片所用的襯底分別為GaAs和藍(lán)寶石,它們的導(dǎo)熱性能都較差。為了更有效的散熱和降低結(jié)溫,可通過(guò)減薄襯底或去掉原來(lái)用于生長(zhǎng)外延層的襯底,然后將外延層鍵合轉(zhuǎn)移倒導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能良好熱導(dǎo)率大的襯底上,如銅、鋁、金錫合金、氮化鋁等。鍵合可用合金焊料如AuSn、PbSn、In等來(lái)完成。Si的熱導(dǎo)率比GaAs和藍(lán)寶石都好,而且易于加工,價(jià)格便宜,是功率型芯片的首選材料。
B\/7^{i5 fB7ljg 2001年,Cree推出的新一代XBTM系列背面出光的功率型芯片,其尺寸為0.9mm x 0.9mm,頂部引線(xiàn)鍵合墊處于中央位置,采用"米"字形電極使注入電流能夠較為均勻的擴(kuò)展,底部采用AuSn合金將芯片倒裝焊接在管殼底盤(pán)上,具有較低的熱阻,工作電流400 mA時(shí),波長(zhǎng)405和470 nm的輸出光功率分別為250 mW和150 mW。
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