其中內(nèi)量子效率主要取決于PN結(jié)外延材料的品質(zhì)如雜質(zhì)、晶格缺陷和量子阱結(jié)構(gòu)就LED芯 片制造技術(shù)來說，它只直接影響著電注入效率和提取效率，因?yàn)閮?nèi)量子效率.和封裝效率分別直接與MOCVD技術(shù)和封裝技術(shù)有關(guān)LED芯片的發(fā)展也就是MOCVD技術(shù)和封裝技術(shù)的發(fā)展 

      改善LED芯片電注入效率 
　 　  從電學(xué)上來說LED可以看作由一個理想的二極管和一個等效串聯(lián)電阻組成，其等效串聯(lián)電阻由P型層電阻 、P型接觸電阻、N型層電阻、N型接觸電阻以及P-N結(jié)電阻等五部分組成。由于在四元AlGaInP LED中電注入效率大于90%，故下面重點(diǎn)討論GaN基LED。 
　　  1)接觸電阻 
　　  對于N-GaN的歐姆接觸相對容易制 作，常用幾種金屬組合如Ti/Al，Ti/Al/Ti/Au, Cr/Au/Ti/Au等，接觸電阻率通�？梢赃_(dá)到10-5~10-6 Ω•cm2
。尤其用得最多的四層金屬Cr/Au/Ti/Au的歐姆接觸達(dá) 0.33 nΩ•cm2

。值得一提的是有Al的金屬組合中高溫性能較差，在溫度較高時Al存在橫向擴(kuò)散，這對于小尺寸芯片非常容易出現(xiàn)短路現(xiàn)象。 
          對于低阻的p-GaN歐姆接觸制作比較困難，原因是p-GaN 材料的P型濃度小于1018cm- 3，其次沒有與P-GaN材料的功函數(shù)(7.5eV
)匹配的金屬材料。目前具有最大功函數(shù)的金屬Pt，其功函數(shù)也只有5.65eV。所以接觸電阻率 通常為10 - 2~10-3Ω•cm 2。這樣的接觸電阻對于小功率LED來說不存在嚴(yán)重的問題，但對于大功率這個問題不能忽略了。在這種情況下要獲得低阻的p-GaN歐姆接觸就得選擇合適的 歐姆接觸金屬，還得去除GaN 表面氧化層和采用優(yōu)化熱退火條件的措施。


        2)體電阻 
　　  由于摻Mg的P型 GaN 載流濃度只有 1017/cm3量級，P型GaN層電阻率比較大(~1Ω•cm)，比N型電阻率高出一個數(shù)量級以上，可以認(rèn)為等效串聯(lián)電阻的體電阻主要產(chǎn)生在P型層中。 因此，采用兩種方法來減小體電阻：一種是合理設(shè)計(jì)P、N電極結(jié)構(gòu)，盡量縮短它們間的距離，尤其對于大功率芯片。另一種采用透明導(dǎo)電層(ITO/TCL)。 
　.改善LED芯片提取效率 
　　  大家知道，無論四元AlGaInP還是GaN LED，形成PN結(jié)的半導(dǎo)體材料具有高的折射率，根據(jù)Snell定律，光在不同折射率界面處會發(fā)生全反射，因而降低了提取效率。下面將闡明芯片制造技術(shù)如何改變LED芯片的界面，從而提高芯片的光提取效率。 
　　  (1) LED芯片塑形(chip shaping) 
　 　  常規(guī)芯片的外形為立方體，左右兩面相互平行，這樣光在兩個端面來回發(fā)射，直到完全被芯片所吸收，轉(zhuǎn)化為熱能，降低了芯片的出光效率。1993 年，M. R. Krames等用磨成角度切割刀將AlGaInP LED成倒金字塔(Truncated Inverted Pyramid, TIP)形狀(側(cè)面與垂直方向成35度角)
。芯片的四個側(cè)面不再是相互平行，可以使得射到芯片側(cè)面的光，經(jīng)側(cè)面的反射到頂面，以小于臨界角的角度出 射;同時，射到頂面大于臨界角的光可以從側(cè)面出射，從而大大提高了芯片的出光效率，外部量子效率可以達(dá)55%，發(fā)光效率高達(dá)100lm/W。但將TIP用 于加工采用硬度極高的藍(lán)寶石襯底的GaN LED有相等的困難。2001年，Cree公司成功地制作出具有相同的結(jié)構(gòu)形式的GaN/SiC LED，其基板SiC具有被制作成斜面，并將外部量子效率提高到32%，但SiC價格比藍(lán)寶石的高的多。 

　     (2) 表面粗化 
　 　  上面提到的芯片側(cè)面增加提取效率的方法，那么在出光正面如何提高出光效率呢?目前主流的方法是通過表面粗化技術(shù)來破壞光在芯片內(nèi)的全反射，增加光的 出射效率，提高芯片的光提取效率。主要包括兩種方法：隨機(jī)表面粗化和圖形表面粗化。隨機(jī)表面粗化，主要是利用晶體的各向異性，通過化學(xué)腐蝕實(shí)現(xiàn)對芯片表面 進(jìn)行粗化;圖形表面粗化，利用光刻、干法(濕法)刻蝕等工藝，實(shí)現(xiàn)對芯片表面的周期性規(guī)則圖形結(jié)構(gòu)的粗化效果。Lee Y J等人
利用HPO3:HCl(5:1)實(shí)現(xiàn)對AlGaInP各向異性腐蝕的隨機(jī)表面粗化。粗化的AlGaInP LED比未粗化的光致發(fā)光強(qiáng)度提高54%，外部量子效率提高54%，光輸出功率提高60%。 
　   C. F. Shen等人
利用圖形表面粗化——圖形藍(lán)寶石襯底(Patterned Sapphire Substrate，PSS)制作GaN LED，其采用雙面PSS其光輸出功率比采用單面PSS和普通襯底的分別提高了23.7%和53.2%。 

       (3) 全角反射鏡(Omni-Directional Reflector，ODR) 
        相對于正面出光的反向背面光采用高反鏡面的形式來提高提取效率。對于經(jīng)典高亮AlGaInP LED，用MOCVD外延技術(shù)生長DBR層作為鏡面，使得DBR LED出光強(qiáng)度是原始LED的1.3-1.6倍。但由于DBR反射率隨著光入射角的增加迅速減少，仍有較高的光損耗，平均反射效率并不高。為此發(fā)展出與入 射角無關(guān)的高反全角反射鏡(Omni-Directional Reflector，ODR)，其由介質(zhì)和金屬組成
�？梢詫θ魏畏较蛉肷涞墓舛季哂懈叻瓷渎�，LED 具有高光提取效率。全角反射鏡可應(yīng)用于正裝芯片也可應(yīng)用于倒裝芯片。2007年，Osram公司Reiner W等，利用干法將外延刻蝕成多斜面，并在外延上沉積SiNx和金屬，制作成掩埋式反射鏡。在20mA，芯片在650nm波段的外部量子效率達(dá)到50%，光 效為100lm/W 
。
 
　   （4）鍵合技術(shù)(Wafer-Bonding) 
        鍵合技術(shù)是獲取高效LED的基本技術(shù)，通常依賴于一系列要求，如溫度限制、密閉性要求和需要的鍵合后對準(zhǔn)精度。在LED中常采用晶片直接鍵合和金屬共晶的 方法。在金屬鍵合中，必須控制表面的粗糙度以及晶片的翹曲度。金屬合金在鍵合過程中會熔解并實(shí)現(xiàn)界面的平坦化。液態(tài)的界面使共晶鍵合需要施加相對較小卻要 一致的壓力。在不同的冶金學(xué)系統(tǒng)中共晶合金形成于250-390℃之間。常用的共晶鍵合包括Au-Si，Au-Sn，In-Sn，Au-In，Pb- Sn，Au-Ge，Pd-In。四元AlGaInP/GaAs LED采用透明(GaP)和Si基板，InGaN/GaN LED常采用Si基板。鍵合機(jī)的重要性能指標(biāo)是溫度、壓力的均勻性。 

     （5）激光剝離技術(shù)(Laser Lift Off, LLO) 
      年來，藍(lán)寶石GaN LED的光效有了很大的提升，但由于藍(lán)寶石GaN結(jié)構(gòu)和藍(lán)寶石導(dǎo)熱的局限性, 進(jìn)一步提升藍(lán)寶石GaN LED的光效受到限制，利用剝離藍(lán)寶石襯底來避免這個問題。目前有幾種方法如機(jī)械磨拋和激光剝離來去除藍(lán)寶石襯底，但激光剝離技術(shù)是比較成功的剝離技術(shù)， 也成為業(yè)界主流方法。它是利用紫外KrF脈沖準(zhǔn)分子激光，比如248nm(5eV), 對藍(lán)寶石襯底透光(9.9eV)，GaN層吸收從而在藍(lán)寶石和GaN界面產(chǎn)生激光等離子體，爆破沖擊波使他們分離的原理。 
      際工作中，首先在準(zhǔn)備鍵合的基板和GaN外延上蒸鍍鍵合金屬;然后，將GaN外延鍵合到基板上;再用KrF脈沖準(zhǔn)分子激光器照射藍(lán)寶石底面，使藍(lán)寶石和 GaN界面GaN產(chǎn)生熱分解;再加熱使藍(lán)寶石脫離GaN，從而實(shí)現(xiàn)對GaN 藍(lán)寶石襯底的剝離
。2003年，OSRAM利用該技術(shù)成功將GaN LED藍(lán)寶石襯底去除，將GaN LED芯片的出光效率提升至75%，為傳統(tǒng)的三倍。 

     （6）LED芯片倒裝技術(shù)(Flip Chip) 
      GaN LED主要采用藍(lán)寶石襯底，由于它的絕緣性，芯片的P和N電極只能設(shè)計(jì)制作在芯片的同一外延面上，這樣由于N和P型的歐姆接觸區(qū)域，電極區(qū)域和封裝的金線 遮擋導(dǎo)致了芯片有效出光區(qū)的面積減小;另外P型電極上增加導(dǎo)電性的Ni-Au 或ITO層對光具有吸收性。因此，常規(guī)的GaN LED結(jié)構(gòu)限制了GaN LED提取效率的提高。如果利用倒裝技術(shù)就可以解決上述兩問題，提高LED的光提取效率。 倒裝技術(shù)就是將芯片進(jìn)行倒置，P型電極采用覆蓋整個Mesa的高反射膜，從而光從藍(lán)寶石襯底出射，避免了P型電極金屬的遮擋。加上藍(lán)寶石襯底的折射率 1.7比GaN的2.4小，可以提高芯片的光出射效率。另外，也可以解決藍(lán)寶石散熱不良問題，倒裝技術(shù)可以借助電極(或凸點(diǎn))與封裝的基板Si直接接觸， 從而降低了熱阻，提升芯片的散熱性能，提高器件可靠性。2001年，Wierer J J等研制出GaN LED功率型倒裝芯片
。在200mA在435nm波段的外部量子效率達(dá)到21%，光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到20%，光提取效率是正裝芯片的1.6倍;在 1A下，光輸出功率達(dá)到了400mW。目前倒裝技術(shù)成為獲取高效大功率LED芯片技術(shù)的主流之一。 

      （7）光子晶體(Photonic Crystal) 
       晶體主要用在LED表面或襯底上，是周期性分布的二維光學(xué)微腔。由于其在一定波段范圍內(nèi)光的禁帶，光不能夠在其中傳輸，因而當(dāng)頻率處在禁帶內(nèi)的光入射就會 發(fā)生全反射。只要設(shè)計(jì)好光子晶體的結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以使得LED發(fā)出的光都在禁帶內(nèi)被反射,光子晶體不但增加了內(nèi)量子效率，也增加提取效率
。理論研 究，指出通過制作帶有光子晶體表面的芯片，可以使得其出光效率達(dá)到40%
。M. Boroditsky等人在發(fā)光區(qū)周圍制作二維光子晶體，其光致發(fā)光強(qiáng)度比未采用的增強(qiáng)了60%，外部量子效率可達(dá)到70%
。 

　　 (8)薄膜LED芯片技術(shù)(Film technology) 
　 　  傳統(tǒng)的藍(lán)寶石襯底，由于其結(jié)構(gòu)上的限制發(fā)光效率的提升受到了限制。結(jié)合鍵合技術(shù)(wafer-bonding)和激光剝離(LLO)技術(shù)，通過去掉 襯底，粗化出光面，無論在熱特性還是光特性，都具有很好的性能。再通過表面粗化和倒裝技術(shù)，可以獲得光效和散熱最好芯片，提取效率達(dá)75%
。 

　 （9) AC LED芯片技術(shù) 
       LED芯片必須供給合適的直流供電才能正常發(fā)光，而日常生活中采用的高壓交流電(AC 100～220V)，必須將其由交流(AC)轉(zhuǎn)換為直流(DC)，由高壓轉(zhuǎn)換為低壓，才可以來驅(qū)動LED進(jìn)行正常工作;同時，在進(jìn)行AC與DC轉(zhuǎn)換時有 15%～30%的電能損失。用交流AC直接驅(qū)動LED發(fā)光，整個LED系統(tǒng)將大大簡化。利用LED單向?qū)�通的特性，人眼不能響�?yīng)AC的50-60Hz頻率 變化。所以，AC LED具有體積較小、效率高、高壓低電流導(dǎo)通、雙向?qū)�通，�?/font>GaN LED不存在靜電擊穿ESD等優(yōu)點(diǎn)。AC LED 技術(shù)關(guān)鍵是通過串聯(lián)和并聯(lián)將正反向的多個微型芯片集成在單個大芯片上(如1.5mmx1.5mm)，其輸出功率可比同尺寸DC LED芯片提約50%。目前已有商品化功率型產(chǎn)品，在色溫3000K為標(biāo)準(zhǔn)、CRI85下，可以實(shí)現(xiàn)75lm/W。