晶圆级LED芯片技术及其应用探讨

• 作 者: 蔡勇;
• 机 构: 中科院纳米器件与应用重点实验室
• 出 处: 第一届全国宽禁带半导体学术及应用技术会议
• 发表日期: 2015年期

宽禁带氮化镓基发光二极管(LED)集中了节能、环保、长寿命、轻便等众多优点,在通用照明、装饰照明、辅助照明及显示等方面得到广泛应用,推动着固态照明领域的急速发展.目前,在大功率照明应用中,基本还是采用多个LED器件组合或多芯片模块,其封装成本和照明系统安装成本是制约价格的重要因素,从而影响了LED在大功率照明市场的竞争力.从降低LED器件及灯具成本的角度来看,LED照明的最理想方案是"单芯片LED灯具",即:一个灯具仅用一颗LED芯片.这样可使LED器件的封装成本、灯具的安装成本以及维护成本都降至最低.这就要求单颗LED芯片的功率必须达到灯具总功率的要求.近年的研究表明，基于串并联网络的单片集成设计能有效的解决大面积、大功率LED芯片的良率问题，并且应用这一方案研制成功了2”千瓦级功率的晶圆级LED芯片。整个晶圆级LED芯片由10个LED串联组构成，每个串联组包含有65级小LED单元。这10个LED串联组共享一个阳极，各自有一个阴极。为了克服外延片及芯片工艺的不均匀性造成的LED串联组开启电压的差异，芯片阴极与电源负极间加入了匹配电阻来平衡开启电压差异对各串联组电流分配的影响。利用这样一个晶圆级LED芯片去实现千瓦级光源，散热是关键问题。主动散热的液冷系统能很好地解决这一难题。目前，研制出的晶圆级蓝光LED光源在输入电功率～1000W的条件下，能够发射～300W的光功率，插墙效率为～30％。晶圆级LED芯片组装成大功率光源的优点可以归纳为以下几个方面：简洁的器件封装及光源组装工艺，能获得最佳性价比；光源系统的安装、维护更便捷；为更合理利用能源提供了可能。