分析高压LED基本结构及关键技术
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2020-10-21
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分析高压分析高压LED基本结构及关键技术基本结构及关键技术
最近几年由于技术及效率的进步，LED的应用越来越广；随着LED应用的升级，市场对于LED的需求，也朝更大
功率及更高亮度，也就是通称的高功率LED方向发展。
中心议题中心议题:
研究研究
低压、交流及高压低压、交流及高压
解决方案解决方案:
高压发光二极体的效率优于传统低压发光二极体高压发光二极体的效率优于传统低压发光二极体
高压发光二极体高压发光二极体建立建立有关的模拟光、电及热模型有关的模拟光、电及热模型
最近几年由于技术及效率的进步，LED的应用越来越广；随着LED应用的升级，市场对于LED的需求，也朝更大功率及更高亮
度，也就是通称的高功率LED方向发展。
对于高功率LED的设计，目前各大厂多以大尺寸单颗低压DC LED为主，做法有二，一为传统水平结构，另一则为垂直导电结
构。就第一种做法而言，其製程和一般小尺寸晶粒几乎相同，换句话说，两者的剖面结构是一样的，但有别于小尺寸晶粒，高
功率LED常常需要操作在大电流之下，一点点不平衡的P、N电极设计，都会导致严重的电流丛聚效应(Current crowding)，其
结果除了使得LED晶片达不到设计所需的亮度外，也会损害晶片的可靠度(Reliability)。
当然，对上游晶片製造者／晶片厂而言，此作法製程相容性(Compatibility)高，无需再添购新式或特殊机台，另一方面，对于
下游系统厂而言，週边的搭配，如电源方面的设计等等，差异并不大。但如前所述，在大尺寸LED上要将电流均匀扩散并不是
件容易的事，尺寸愈大愈困难；同时，由于几何效应的关係，大尺寸LED的光萃取效率往往较小尺寸的低。
图：低压二极体、交流二极体及高压二极体驱动方式的差异。
第2种做法较第1种复杂许多，由于目前商品化的蓝光LED几乎都是成长于蓝宝石基板之上，要改为垂直导电结构，必须先和
导电性基板做接合之后，再将不导电的蓝宝石基板予以移除，之后再完成后续製程；就电流分布而言，由于在垂直结构中，较
不需要考虑横向传导，因此电流均匀度较传统水準结构为佳；除此之外，就基本的物理塬理而言，导电性良好的物质也具有高
导热的特质，藉由置换基板，我们同时也改善了散热，降低了接面温度，如此一来便间接提高了发光效率。但此种做法最大的
缺点在于，由于製程复杂度提高，导致良率较传统水平结构低，製作成本高出不少。
高压发光二极体高压发光二极体(HV LED)基本结构及关键技术基本结构及关键技术
晶元光电于全球率先提出了高压发光二极体(HV LED)作为高功率LED的解决方案；其基本架构和AC LED相同，乃是将晶片面
积分割成多个cell之后串联而成。其特色在于，晶片能够依照不同输入之电压的需求而决定其cell数量与大小等，等同于做到客
製化的服务。由于可以针对每颗cell加以优化，因此能够得到较佳的电流分布，进而提高发光效率。
高压发光二极体和一般低压二极体在技术上最主要的差异有叁，第一为沟槽(Trench)。沟槽的目的在于将复数颗的晶胞独立开
来，因此其沟槽下方需要达到绝缘的基板，其深度依不同的外延结构而异，一般约在4~8um，沟槽宽度方面则无一定的限
制，但是沟槽太宽代表着有效发光区域的减少，将影响HV LED的发光效率表现，因此需要开发高深宽比的製程技术，缩小製
程线宽以增加发光效率。
第二为绝缘层(Isolation)，若绝缘层不具备良好的绝缘特性，将使整个设计失败，其困难点在于必须在高深宽比的沟槽上披覆
包覆性良好、膜质紧密及绝缘性佳的膜层，这也是单晶AC LED製程上的关键。
第三个是晶片间的
此外，高压发光二极体在应用上和一般低压二极体最主要的不同点为，它不仅仅能够应用于定直流(Constant DC)中，只要外
接桥式整流器，它也能够应用于交流环境，非常具有弹性。在高压发光二极体中，外部整流器捨弃AC LED採用同质氮化镓的
做法而改採用硅整流器，不仅使得耗能少，更可防止逆向偏压过大对晶片所造成的影响；最后，因为高压发光二极体较AC
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