随着大规模红外焦平面阵列探测器应用的日益广泛，用户对其有效像元率指标提出了越来越高的要求。分析了有效像元率提升的难点。通过优化基于垂直布里奇曼法的衬底生长以及表面加工等工艺，提高了液相外延材料质量，获得了低缺陷中波碲镉汞薄膜外延材料；通过开发碲镉汞探测器背面平坦化工艺和优化探测器与读出电路倒装互连工艺，提高了成品率。最终提升了有效像元率指标(大于998%)，获得了良好的效果。
有效像元率 红外焦平面阵列 液相外延 倒装互连 effective pixel rate infrared focal plane array liquid-phase epitaxy flip-chip interconnection
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 珠海光库科技股份有限公司，广东 珠海 519080
基于薄膜铌酸锂干法刻蚀工艺不能获得高垂直度截面的特点，设计了一种基于折射率相近的填充材料作为模斑转换结构。所设计结构可兼容不同尺寸的输出光斑且整体结构的转换效率大于-0.28 dB。所提方案避免了薄膜铌酸锂干法刻蚀后的大倾角断面直接作为耦合端面时性能低的劣势，可提升薄膜铌酸锂电光调制器件在片上集成激光芯片的性能。三维模拟结果显示该结构对工艺误差不敏感、加工可行性高，为减小集成器件体积、降低成本及高密度集成提供可行方案。
薄膜 铌酸锂 片上集成 倒装焊 模斑转换 光学学报
2023, 43(23): 2331001
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国电子科技集团公司第二研究所, 山西 太原 030024
3 吉林江机特种工业有限公司, 吉林 吉林 132000
针对国内红外焦平面倒装焊机对高精度光学对位系统的迫切需求，对光学对位系统进行了设计及验证，并对该系统用到的平行调整、光学对位及坐标系误差补偿算法进行研究。文章首先对倒装焊接光学对位工艺进行分析；然后对平行性调整及光学对位算法进行介绍，并根据光学对位系统测试流程，提出更加合理的误差补偿算法；最后，以上述算法为理论依据，设计光学对位系统，其包括准直系统、显微成像系统和激光测距三部分。所设计的光学系统可实现平行性粗调，特征点识别及平行性精调功能。试验结果表明，准直系统准直效果较好，显微成像系统分辨率高，成像质量较好，激光测距系统的测距精度为0.084 μm。设计的高精度光学对位系统解决了国内红外焦平面倒装焊机对高精度光学对位系统的迫切需求，已经在国内某型号的倒装焊机中得到应用，对于提高国产高端集成电路的自主研发和生产能力具有非常重要的意义。
红外焦平面倒装焊机 光学对位系统 平行调整 激光测距 infrared focal plane flip chip bonder optical alignment system parallel adjustment laser ranging
1 福州大学 物理与信息工程学院，福建 福州 350108
2 中国福建光电信息科学与技术创新实验室，福建 福州 350108
3 晋江市博感电子科技有限公司，福建 泉州 362200
4 西安交通大学 电子信息学部，陕西 西安 710049
本文设计并制备了一款分辨率为1 920×1 080的氮化镓基Micro-LED芯片。采用单次ICP（Inductively Coupled Plasma）刻蚀的方法完成电流扩展层的图案化和台面刻蚀，实现了电流扩展层和台面的自对准。同时，在制作过程中用HMDS（Hexamethyldisiloxane）提高光刻胶附着力，从根本上提高小尺寸台面刻蚀的一致性和完整性。此外，通过垫高N型电极解决了传统倒装芯片中P型电极和N型电极不等高的问题，有利于显示芯片与驱动芯片的键合。该芯片尺寸为17.78 mm（0.7 in），发光单元尺寸为6 μm，像素周期为8 μm，像素密度达到3 129 PPI。I-V测试数据表明，所制备的Micro-LED的开启电压仅为3.5 V。
Micro-LED 高分辨率 倒装芯片 刻蚀 Micro-LED high resolution flip-chip etch
闽南师范大学 物理与信息工程学院, 福建 漳州 363000
高功率密度的陶瓷封装LED器件在大电流工作时, 其顶面发光均匀性是该类器件的关键指标。本文在3.5 mm×3.5 mm的氮化铝陶瓷基板上金锡共晶了1.905 mm×1.830 mm(75 mil×72 mil)的LED倒装蓝光大功率芯片, 然后分别制作成蓝光器件和白光器件, 并分别对器件顶面的微区发光均匀性进行了研究。结果表明, 蓝光器件在电流＜3 A时, 其顶面光强分布均匀, 均匀性受N电极孔和电极间隙的影响较小; 在4～8 A电流时, 蓝光器件顶面光强分布不均匀, 贯穿N电极孔测试区的光强大于电极孔之间测试区的光强, 电极间隙区光强最低, 离N电极孔越远的测试点光强越低; 蓝光器件在8 A时整体光强达到饱和, 而不同微区的光饱和程度及峰值波长随电流的变化有所不同; 白光器件在0~4 A电流时, 其顶面光强分布均匀。
微区发光 倒装芯片 电极孔 电极间隙 micro-luminescence flip chip electrode hole electrode gap
1 长春希达电子技术有限公司, 吉林 长春 130103
2 季华实验室, 广东 佛山 528200
为了实现超高清、超高分辨率、大尺寸LED显示器的推广应用, 本文分析了小间距LED显示的技术路线和在显示效果等方面存在的问题, 详细阐述了集成封装、显示驱动控制、均一性调控和补偿等技术应用于超高清、超高分辨率、大尺寸LED显示器, 提高显示效果所做的一些工作和研究进展, 探讨了基于倒装发光芯片的微小间距LED显示技术的未来发展趋势。
小间距LED 集成封装 倒装发光芯片 均一性调控 small space LED display integrated package flip chip uniformity control
1 中南大学 材料科学与工程学院, 长沙 410083
2 广东省半导体产业技术研究院, 广州 510650
3 中南大学 粉末冶金国家重点实验室, 长沙 410083
研究了p型GaN上Pd/NiO/Al/Ni反射电极欧姆接触的比接触电阻率、热稳定性, 以及光学反射率。与传统Pd/Al/Ni电极相比, Pd/NiO/Al/Ni电极的欧姆接触在氮气环境中经300℃下热处理10min后, 仍保持低比接触电阻率(小于5×10-4Ω·cm2)和高反射率(大于80%@365nm)。研究获得的优化Pd/NiO层厚度为1nm/2nm, 此时的Pd/NiO/Al/Ni反射电极既能形成良好的欧姆接触, 拥有低比接触电阻率, 又能减少对紫外光的吸收, 保持高反射率。研究表明适当的NiO层厚度能够有效地防止热处理过程中上层Al金属向p-GaN表面层的渗入, 对于制备高质量的Al基反射电极至关重要。
电极材料 欧姆接触 热稳定性 倒装紫外LED芯片 GaN GaN electrode materials ohmic contact thermal stability flip-chip ultraviolet light-emitting diodes
1 九江职业技术学院 机械工程学院, 江西 九江 332007
2 武汉大学 动力与机械学院, 武汉 430072
为提升LED芯片的光提取效率和电流扩展能力, 设计了双金属层环形叉指结构ITO/DBR电极的大功率倒装LED芯片, 并对分布式布拉格反射镜(DBR)薄膜和环形叉指电极结构进行了仿真优化计算。利用TFcalc软件仿真计算了DBR堆栈方式、堆栈周期和参考波长对DBR反射率的影响。仿真结果表明, 优化设计的双堆栈DBR薄膜在234nm宽波长范围内反射率均高于95%, 对应蓝黄光区域(440~610nm)平均反射率高达98.95%, 参考波长红移可以缓解DBR反射偏振效应。利用SimuLED软件仿真计算了电极结构对芯片电流扩展能力的影响。仿真结果表明, 350mA电流输入情况下, 单金属层电极电流密度均方差为44.36A/cm2, 而双金属层环形叉指数目为3×3时, 电流密度均方差降至14.37A/cm2。双金属层环形叉指电极降低了p、n电极间距, 减小了电流流动路径, 芯片电流扩展性能明显提升。
倒装LED 分布式布拉格反射镜 双金属层电极 环形叉指 平均反射率 flip-chip LEDs DBR electrode with two-level metallization annular finger-like electrode average reflectivity
1 衢州职业技术学院 信息工程学院, 衢州 324000
2 北京工业大学 电子信息与控制工程学院 光电子技术实验室, 北京 100124
为了提高发光二极管（LED）的光提取效率, 并比较不同光栅形状对LED光提取效率的影响, 采用严格耦合波法优化了与矩形、等腰三角形、等腰梯形光栅分别集成的倒装LED, 使它们出光面透射率达到最优, 随后使用有限时域差分法模拟计算它们的光提取效率。经过模拟计算和理论分析可得3种不同结构LED最优光栅参量（光栅占空比f、光栅周期p、光栅厚度h）和过渡层厚度d分别是: f=0.35,p=150nm,h=80nm,d=190nm;f=0.45,p=175nm,h=80nm,d=190nm; f=0.7,p=150nm,h=80nm,d=190nm。结果表明, 3种最优的LED结构在波长0.4μm～0.5μm范围内, 矩形光栅倒装LED和等腰三角形光栅倒装LED出光面透射率相同, 等腰梯形光栅倒装LED出光面透射率最低;由于光透射率最低, 导致等腰梯形光栅倒装LED光提取效率较低, 最高仅为58.07%, 但是由于等腰三角形光栅倒装LED特殊的光栅形状加上高的光透射率, 其光提取效率可以达到77.75%。此研究可以为制备高光提取效率LED提供理论方法指导。
光栅 光提取效率 严格耦合波法 有限时域差分法 发光二极管 透射率 倒装 grating light extraction efficency rigorous coupled wave analysis finite-difference time-domain method ligth-emitting diode transmissivity flip chip
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为进一步提高红光微型发光二极管(LED)阵列器件的能量利用效率,对倒装AlGaInP LED阵列器件的光电性能进行研究。首先,测试对比了垂直型和倒装型AlGaInP LED两种芯片结构的出光性能,表明倒装型LED具有更高的出光功率。其次,建立了倒装型LED阵列出光功率模型,计算得到了出光功率与环境温度、基底热阻的关系:随基底热阻增大、环境温度升高,AlGaInP LED阵列器件的出光功率逐渐降低,出光饱和处对应的注入电流前移,光电性能逐渐下降。然后,采用转印法制备了6×6倒装AlGaInP LED阵列,测试结果表明,理论与实测结果较为一致。最后,利用有限元软件计算分析了Cu和聚二甲基硅氧烷(PDMS)这两种常见基底的热阻随环境、结构变化的数值关系。结果显示:Cu基底的散热较为均匀,优化基底结构或增加空气对流速率,对Cu基底热阻值的改变相对较小;PDMS材料的散热均匀性相对较差,通过优化基底结构、增大空气对流速率可以有效降低基底热阻,改善微型LED阵列器件的光电性能。
光学器件 微型 倒装 红光 AlGaInP发光二极管阵列
