xvi
Contents
8 III-Nitride LED Chip Fabrication Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
8.1 Group III Nitride LED Fabrication Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
8.2 Photolithography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
8.2.1 Mask and Photoresist . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
8.2.2 Lithography Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
8.3 Etching Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
8.3.1 Etching Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
8.3.2 Wet Etching and Dry Etching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
8.3.3 Etching of GaN Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
8.3.4 Etching of ITO and SiO 2 Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
8.4 Evaporation and Sputtering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
8.4.1 Metal Evaporation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
8.4.2 SiO 2 Passivation Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
8.5 Ohmic Contacts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
8.5.1 n-type GaN Ohmic Contact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
8.5.2 p-type GaN Ohmic Contact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
8.5.3 Specific Contact Resistivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
8.5.4 Transparent Electrode Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
8.6 Flip-Chip LEDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
8.7 Vertical Structure LEDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
8.7.1 Electroplating Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
8.7.2 Bonding Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
8.7.3 Laser Lift-Off . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
9 Packaging of Group-III Nitride LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
9.1 Group III Nitride LED Packaging Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
9.1.1 LED Chip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
9.1.2 Lead Frame of LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
9.1.3 LED Die Bonding Glue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
9.1.4 Bonding Wire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
9.1.5 LED Packaging Adhesive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
9.1.6 Thermal Interface Material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
9.1.7 Substrate Material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
9.2 Group III Nitride LED Encapsulation Process . . . . . . . . . . . . . . . . 190
9.3 LED Packaging Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
9.3.1 White LED Package Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
9.3.2 UV Packaging Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
9.3.3 High Power Density Packaging Technology . . . . . . . . . . 195
9.3.4 Wafer Level Packaging Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
9.4 Package and System Cooling Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
9.4.1 Packaging and System Cooling Technology . . . . . . . . . . 198
9.4.2 LED Thermal Testing Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
9.5 Development Trend of LED Encapsulation Form . . . . . . . . . . . . . . 200
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
Contents
8 III-Nitride LED Chip Fabrication Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
8.1 Group III Nitride LED Fabrication Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
8.2 Photolithography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
8.2.1 Mask and Photoresist . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
8.2.2 Lithography Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
8.3 Etching Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
8.3.1 Etching Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
8.3.2 Wet Etching and Dry Etching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
8.3.3 Etching of GaN Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
8.3.4 Etching of ITO and SiO 2 Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
8.4 Evaporation and Sputtering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
8.4.1 Metal Evaporation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
8.4.2 SiO 2 Passivation Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
8.5 Ohmic Contacts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
8.5.1 n-type GaN Ohmic Contact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
8.5.2 p-type GaN Ohmic Contact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
8.5.3 Specific Contact Resistivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
8.5.4 Transparent Electrode Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
8.6 Flip-Chip LEDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
8.7 Vertical Structure LEDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
8.7.1 Electroplating Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
8.7.2 Bonding Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
8.7.3 Laser Lift-Off . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
9 Packaging of Group-III Nitride LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
9.1 Group III Nitride LED Packaging Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
9.1.1 LED Chip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
9.1.2 Lead Frame of LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
9.1.3 LED Die Bonding Glue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
9.1.4 Bonding Wire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
9.1.5 LED Packaging Adhesive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
9.1.6 Thermal Interface Material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
9.1.7 Substrate Material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
9.2 Group III Nitride LED Encapsulation Process . . . . . . . . . . . . . . . . 190
9.3 LED Packaging Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
9.3.1 White LED Package Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
9.3.2 UV Packaging Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
9.3.3 High Power Density Packaging Technology . . . . . . . . . . 195
9.3.4 Wafer Level Packaging Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
9.4 Package and System Cooling Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
9.4.1 Packaging and System Cooling Technology . . . . . . . . . . 198
9.4.2 LED Thermal Testing Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
9.5 Development Trend of LED Encapsulation Form . . . . . . . . . . . . . . 200
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201