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腔体式蓝宝石衬底LED市场或被一技术工艺打破
大功率LED的市场的使用率正在扩大。在工业照明应用中使用这些设备,会带来高效率。正是因为效率越高,散热就越低,最终,热管理就越简单、便宜。
 
鉴于LED行业的状况,所以许多芯片制造商正在努力提高设备的效率,并且在大电力行业中获得了更多的成功和更大的利润空间。即使这些设备制造商只比同行高出百分之几的效率,但是这将给他们带来相当的优势,他们可以有很大的利润空间,其中很大一部分来自高端LED芯片的生产。
 
能够生产高效率设备的另一个优点是,如果它们也具有可靠性,那么它们可以在汽车大灯领域挑战成功。但是,它们没有取得成功的地方却在一般照明。在一般照明中,大量使用中低效LED,这些设备的许多制造商日子煎熬。
 
提取光子
 
一个高效LED的关键要求之一是提取其中生成的大部分光子。实现这一点很重要,因为GaN的折射率远远高于空气的折射率,导致大多数光子因全内反射而被困在器件内部。
 
克服这个问题的常用方法是在图案化蓝宝石上生产器件。波纹表面可以在许多方向上散射光子,增加了光从芯片逸出的可能性。
 
这些基板是这样形成的:采用一块平面蓝宝石,用光致抗蚀剂掩模和电感耦合等离子体将图案蚀刻进里面。通过这个过程,掩模逐渐侵蚀,出现圆顶形表面。 如果想要锥体,则可以通过调节蚀刻条件来形成。
 
当光传播通过在图案化蓝宝石衬底上形成的LED时,由于折射率的差异,光被反射和衍射。光的传播在界面处发生最大的变化,折射率出现最大的差异,这出现在GaN和空气之间的边界处。因此,许多研究小组试图将高折射率对比度腔体结构融入到LED里。这种结构是成功的,可以增加光提取,但到目前为止,还没有关于在LED行业内使用生产级、成腔工艺的报告。
 
对腔体式LED做出了重大贡献的其中一个研究小组是韩国首尔国立大学的Euijoon Yoon和同事组成的团队。他们花了几年的时间用中空二氧化硅纳米球形成的纳米级腔体制作LED,通过在LED中引入腔体来增加光提取。此外,由于腔周围的GaN中的压应力减少,他们减少了翘曲度。这意味着更薄的蓝宝石晶片可以用于LED制造,削减生产成本。
 
然而,仍有改进的空间。由于中空腔的密度低以及位置的随机性,光提取的增加并不高。必须解决这些缺点,以便为LED生产创造出更好、更可靠的空腔成型工艺。
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