白光LED已經(jīng)對一般照明市場產(chǎn)生了影響，人們普遍期望它們在這個市場領(lǐng)域的滲透力度將會繼續(xù)地增加。它在市場中的占有率將由以下三個因素來決定：發(fā)光效率、每流明發(fā)光強(qiáng)度所需的成本，以及單個LED燈的光強(qiáng)流明數(shù)。

　　可同時改進(jìn)這三個因素的一種方法是提高LED的發(fā)光效率，但如是通過增加LED元件的驅(qū)動電流來提高其發(fā)光效率的話，在提高了光源的輸出光強(qiáng)同時也可能會增加了每流明的成本，因為同時也會增加LED的發(fā)熱量。為了解決這個問題，系統(tǒng)的設(shè)計師必須仔細(xì)地控制好從元件接面到封裝、固定物以及周圍環(huán)境的熱量流。

　　運(yùn)用金屬晶圓接合方法可以將一個磊晶結(jié)構(gòu)晶圓接合到另一個基板上，這樣就可以提高LED中熱量的散發(fā)速率。在采用這一方法時，LED將會從兩方面獲益：一是它能通過低熱阻的金屬接合層將熱量快速地傳導(dǎo)出去，同時它能還能通過一個低熱阻的基板來耗散熱量。

　　這種方法不僅能增強(qiáng)氮化物基白光LED的電學(xué)性能，而且能增強(qiáng)它的藍(lán)光、紅光、橙光、黃光LED的性能，這些類型LED是都用 AlInGaP 族材料制成的。位於奧地利 St. Florian 的 EV Group公司就是采用了這種金屬接合制程來進(jìn)行LEDs的生產(chǎn)，我們參與的工作包括了用於這種生產(chǎn)制程的首臺加工設(shè)備EVG 560HBL的研發(fā)。這款設(shè)備由於對壓力和溫度分布進(jìn)行了最佳化處理，具有很高的產(chǎn)量，并給出了一個新的產(chǎn)量基準(zhǔn)，即對於面積等效於2英寸晶圓來說，這種設(shè)備每小時可進(jìn)行高達(dá)176次的接合制程處理。

　　一小段歷史…

　　晶圓－晶圓間的接合并不是新事物，早在20-30年前就已經(jīng)發(fā)明這種技術(shù)來解決微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）元件實(shí)現(xiàn)晶圓級“蓋帽”問題。晶圓接合技術(shù)的先行者們采用的是陽極接合和玻璃粉接合制程來將二個晶圓彼此粘接。然而，這兩種老方法正在被具有較低形狀因素影響的金屬接合制程所取代。

　　金屬接合是唯一一種可以滿足對低熱阻的需求而應(yīng)用於高亮度LEDs的接合方法。然而，這不是這種接合方法的唯一優(yōu)勢，它還能提升元件的發(fā)光效率。這種方法首先是應(yīng)用於 AlInGaP 基的LED中，其AlInGaP磊晶層是生長在GaAs基板上。假設(shè)這種LED元件的自發(fā)光發(fā)射是各向同性的，那麼所產(chǎn)生發(fā)光中的一半將會朝著基板方向傳播，而其中大部分的光將被吸收，從而降低了LED元件的總體發(fā)光效率。在LED發(fā)光區(qū)的下方插入一個分散式布拉格（Bragg）反射鏡能夠阻止射向基板這部分光的損失，但在實(shí)際上這僅僅對光某個優(yōu)化發(fā)射方向才是有效的，所以最佳的方法是采用晶圓接合方法，在金屬疊層中形成一個反射層。

　　用金屬接合方法來制造氮化物基發(fā)光二極體（LED）還面臨著一些挑戰(zhàn)。藍(lán)寶石是制造藍(lán)光和白光LED應(yīng)用得最為廣泛的載體材料，它具有非常令人滿意的高透明度特性，但它是一種不良熱導(dǎo)體。因此，采用橫向設(shè)計的大功率LED不易耗散其熱量，并且運(yùn)行時的發(fā)熱現(xiàn)象會降低LED元件的性能。為了解決這個問題，一些LED制造商已經(jīng)開發(fā)出垂直LED的設(shè)計方法，采用具有更高熱導(dǎo)率的載體材料來取代藍(lán)寶石。

　　在采用這種設(shè)計時，可省略在橫向LED中形成n型接觸所必需的蝕刻制程步驟，從而簡化整個制造技術(shù)。另外，垂直LED結(jié)構(gòu)還會產(chǎn)生一個垂直方向的電流通路，它可以降低正向偏置電壓，并且可消除其他LED設(shè)計中常見的電流集中擁擠問題。此外垂直設(shè)計還有其他方面的優(yōu)點(diǎn)：引入金屬接合層保證了所有發(fā)光都可從LED的頂端出射；并且對於不同晶片尺寸，垂直LED設(shè)計都可以采用相同的制程流程，所以也可使其制造過程得到簡化。

　　所有垂直LED的制程流程的開始點(diǎn)均是用金屬氧化物化學(xué)氣相沉積（MOCVD）方法在襯底上淀積一個磊晶層，隨後某些工程師會著手進(jìn)行LED晶片的圖形化，而另一些工程師則可能著手用晶圓接合的方法來實(shí)現(xiàn)薄層間的粘接。決定采用何種順序來完成不同制程步驟主要由隨後制程的本質(zhì)特性所決定，它們是用來消除在生長基板和個體設(shè)計間所存在的差異性。

　　AlInGaP LEDs的制造商傾向於在圖形化之前先進(jìn)行全面積晶園接合，因為這種制程不會引入應(yīng)變，并且基板層可用研磨和化學(xué)方法來去除掉。然而，在氮化物基LEDs的制造上會更為復(fù)雜些，在采用目前廣泛使用的鐳射剝離技術(shù)來將藍(lán)寶石層從磊晶薄層上進(jìn)行分離時，在單個或多個晶片區(qū)域會產(chǎn)生應(yīng)變。這種應(yīng)變源於介面GaN層在高能紫外線輻射作用所觸發(fā)的分解效應(yīng)所致，它會在功能層中產(chǎn)生裂紋，從而會影響其良品率，但這可以通過預(yù)先構(gòu)造好的晶片結(jié)構(gòu)來對這個應(yīng)變區(qū)域進(jìn)行限制，來解決這個問題。