philips lumileds的luxeon led芯片采用覆晶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，已經(jīng)用于建筑照明。例如位于英國bristol，且擁有143年悠久歷史的clifton吊橋。薄膜技術(shù)的發(fā)展將推動(dòng)luxeon產(chǎn)品的性能至一個(gè)更高的水平，并開始進(jìn)入住宅照明市場。

　　商業(yè)化白光led的性能在過去的幾個(gè)月里迅速上升。競爭已經(jīng)激起組件架構(gòu)的創(chuàng)新，此新的組件架構(gòu)不旦改善了光子捕捉效率，也依次提升了芯片的亮度及輸出功率。這就擴(kuò)展了這些組件的應(yīng)用范圍，使得它們的特性更加符合固態(tài)照明中的廣泛使用需求。

　　針對(duì)這些照明應(yīng)用 ，除了當(dāng)今眾多商業(yè)化的led產(chǎn)品之外，還有philips lumileds所設(shè)計(jì)的一種氮化銦鎵/氮化鎵（ingan/gan）覆晶芯片，這就是我們公司luxeon產(chǎn)品的特點(diǎn)。我們已經(jīng)成功地將ingan/gan覆晶與薄膜架構(gòu)整合在一起以創(chuàng)造一種更高效能的薄膜覆晶（thin-film flip-chip，tffc） led （請(qǐng)參考圖一a）。

　　這個(gè)組件結(jié)合了兩種方法的制造優(yōu)點(diǎn)，其使用一個(gè)覆晶led芯片制造而成。此芯片在同側(cè)具有陽極及陰極，并使用金互連技術(shù)將其焊接在一個(gè)次載具（submount）或封裝之上（請(qǐng)參考圖一b）。先利用一準(zhǔn)分子激光器移除藍(lán)寶石基材，接著以gan頂層之光電化學(xué)蝕刻，利用紫外燈和稀釋的氫氧化鉀溶液粗化芯片的表面。在高反射率磊晶層中，這樣的紋理架構(gòu)破壞了波導(dǎo)，增大了光輸出并且顯著增強(qiáng)了led的外部量子效率。

　　薄膜覆晶led架構(gòu)創(chuàng)作出極好的組件特性。接下來我們所展示的就是個(gè)例子，其輸出功率高于垂直入射型薄膜（vertically injected thin-film，vtf）芯片（請(qǐng)參考圖一c）。遠(yuǎn)在十幾年前就有人提出這種設(shè)計(jì)，只是最近才被幾家芯片制造商采用。

　　垂直架構(gòu)的問題

　　vtf設(shè)計(jì)的底側(cè)是此構(gòu)造的重點(diǎn)。它通常是這樣制造而成的︰在磊晶芯片的p-side上沈積一高反射率金屬接觸，然后將這種架構(gòu)與居中的導(dǎo)電基材接合在一起，以便在后續(xù)的所有制程和封裝過程中維持組件的完整性。在光電化學(xué)蝕刻將暴露的gan表面粗化之前，以激光輔助剝離技術(shù)移除藍(lán)寶石基材，并加入一個(gè)包含打線接合且像網(wǎng)狀的金屬n型接觸。

　　相較于tffc設(shè)計(jì)，這種架構(gòu)具有二個(gè)重要的缺點(diǎn)。第一個(gè)是中間的基材增加了封裝的熱阻。必須很小心的挑選可與gan熱膨脹系數(shù)相匹配的基材，否則在溫度循環(huán)中會(huì)發(fā)生組件故障。另外一個(gè)vtf設(shè)計(jì)的弱點(diǎn)就是較低的光輸出。已制作圖案的n型接觸縮小了芯片的有效發(fā)光面積，同時(shí)打線接合也阻礙了光的放射。對(duì)于投影顯示與一些照明系統(tǒng)當(dāng)中所使用的緊密芯片數(shù)組而言，這些打線接合特別另人感到討厭，就因?yàn)樗鼈冏宭ed表面到主光學(xué)系統(tǒng)之間的距離拉大了。較大的距離不是增加了尺寸、重量以及光學(xué)的成本，就是降低了系統(tǒng)的效率（請(qǐng)參考圖二）。相較之下，我們的覆晶架構(gòu)允許緊密的led芯片封裝，因?yàn)殡姌O已經(jīng)從光路上移開了。

　　我們比較了我們所生產(chǎn)的二種tffc發(fā)光二極管之效能，它們分別是以覆晶芯片及vtf芯片制造而成，而且都使用了相同的藍(lán)寶石來成長gan磊晶晶圓。針對(duì)每種類型的組件，量測最好的已封裝藍(lán)色發(fā)光芯片（1mm x 1mm），結(jié)果顯示tff架構(gòu)正如預(yù)期那樣得到最高輸出（請(qǐng)參考圖三）。在1000ma驅(qū)動(dòng)電流下，最好性能的tffc led的輸出比fc組件的輸出還要要高出46%，比起vtf芯片的輸出則高出17%。

　　在此次的展示中，雖然vtf組件的頂部金屬接觸之圖案制作仍未達(dá)到完美，但是要同時(shí)增強(qiáng)發(fā)光效率及大電流能卻是件不可能的事。如果頂部金屬接觸的尺寸為了得到最大光強(qiáng)度而最小化，那么電流擁擠就會(huì)增大，這樣會(huì)削弱電輸入功率。

　　我們的tffc藍(lán)光和白光led芯片之效能與光輸出，在25℃與直流條件下的結(jié)果如圖四及圖五所示。這二種組件的金屬化及接觸的幾何形狀皆已最佳化，以便提供一低的動(dòng)態(tài)阻抗：350ma時(shí)為0.8ω，1000ma時(shí)為0.4ω。

　　我們的425納米藍(lán)光led具有的最大外部量子效率（external quantum efficiency，eqe）為61%，功率轉(zhuǎn)換效率（wall-plug efficiency，wpe）為56%。在350ma時(shí)，eqe為56%、wpe為44%時(shí)，芯片能輸出566mw。在2000ma時(shí)，其輸出提升至2w左右。在這樣的電流密度下，如此的效率是已報(bào)導(dǎo)過的藍(lán)光組件中效率最高者之一。

　　封裝好的白光tffc led，其混合了yag：ce黃色熒光粉，在10ma時(shí)的峰值發(fā)光效率為147 lm/w。在350ma和1000ma時(shí)，其效率分別為88 lm/w和56 lm/w（請(qǐng)參考圖五）。這些效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高過那些僅具發(fā)光效率25 lm/w的典型鹵素光源，這將使照明系統(tǒng)的制造商可以實(shí)現(xiàn)更大的電效率。

　　其中的一個(gè)未封裝白光led芯片（1mm x 1mm）表面的亮度mapping圖顯現(xiàn)出的最高輝度為58.8 mnit （mcd/m2），其平均表面輝度則為50 mnit（請(qǐng)參考圖六）。這樣的亮度使得芯片在投影顯示與車用頭燈應(yīng)用上成為有力的競爭者。發(fā)光效率為40 lm/w的led，其平均亮度遠(yuǎn)比鹵素光源還來得高（15 - 30 mnit at ~30 lm/w），而且也不會(huì)比高亮度氣體放電燈泡（high-intensity discharge，hid）差太多（60 - 80