圖文詳解硅光子技術(shù)制造細(xì)薄膜的LED陣列

較高的密度單一石英細(xì)薄膜光射二極管(led)數(shù)組已被研究。連結(jié)的附生細(xì)薄膜(epi薄膜)LED約薄為2μm已被建構(gòu)于CMOS IC驅(qū)動(dòng)器上，以及其它相異的原料基座是透過分子內(nèi)力(“附生細(xì)薄膜連結(jié)(EFB)”技術(shù))。此一附生細(xì)薄膜LED數(shù)組提供足夠好的特性以供應(yīng)LED印頭(小的可變之射極光功率(±5%)，以及長生命周期(>1000h))。制造測(cè)試于2維(2D)附生細(xì)薄膜的LED數(shù)組；顯示2D的1200dpi附生細(xì)薄膜LED數(shù)組(一個(gè)小的光射范圍為10μmx10μm，以及一個(gè)良好的數(shù)組強(qiáng)度為21.2μm)建構(gòu)好的效能以顯示其特性。

　　連結(jié)的1200dpi附生細(xì)薄膜LED數(shù)組于類鉆石的碳(DLC)細(xì)薄膜是具有高熱流 傳導(dǎo)于第一時(shí)間內(nèi)被測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示好的鏈接之小的附生細(xì)薄膜(10μmx10μm)于DLC細(xì)薄膜是可以被建構(gòu)。LED數(shù)組被鏈接于DLC細(xì)薄膜形狀于硅基座上顯示較高的熱流傳導(dǎo)特性；初步評(píng)估LED的溫度建議約為50℃甚至于一十分高的20kA/cm2 LED電流密度。

　　于近幾年，硅光子技術(shù)有一個(gè)特定的吸引力是為來自于”超越穆爾”技術(shù)。許多的研究已被用來發(fā)展硅光子技術(shù)。于硅光子技術(shù)上的關(guān)鍵之一為整合光裝置與硅裝置。整合的光裝置以及硅裝置被許多的方法所研究，如使用硅的光射裝置，化合物半導(dǎo)體長成于硅，以及晶圓連結(jié)等。這些技術(shù)均是為了裝置整合，半導(dǎo)體細(xì)薄膜連結(jié)看似吸引特別為整合相異的原料裝置。

　　至今半導(dǎo)體細(xì)薄膜連結(jié)的先導(dǎo)工作，許多的研究室早已研究將半導(dǎo)體細(xì)薄膜連結(jié)以整合到相異的原料裝置。但并無應(yīng)用于很成功的產(chǎn)品已被半導(dǎo)體細(xì)薄膜連結(jié)。難于掌控半導(dǎo)體細(xì)薄膜使不具有任何的瑕疵，尤其是于晶圓層，看似一個(gè)大的理由為何有些實(shí)驗(yàn)室嘗試應(yīng)用半導(dǎo)體細(xì)薄膜鏈接于裝置產(chǎn)品。建構(gòu)高可靠的鏈接細(xì)薄膜裝置已成為一個(gè)迫切的問題。

　　半導(dǎo)體細(xì)薄膜連結(jié)具有一個(gè)大優(yōu)點(diǎn)將提供更多可變的抉擇以整合裝置原料組合勝于化合物半導(dǎo)體長成于硅。未匹配的原料特性以及裝置過程限制化合物半導(dǎo)體長成于硅于相異的原料裝置整合的應(yīng)用。它將有可能來整合裝置，它可以被分開制造于最好的制造過程中，當(dāng)半導(dǎo)體細(xì)薄膜連結(jié)被應(yīng)用。此也將引導(dǎo)高效能以及高可靠的被整合裝置。它的另一優(yōu)點(diǎn)是使用半導(dǎo)體細(xì)薄膜連結(jié)，此為平面的線結(jié)構(gòu)被照相平版印刷形狀以連接到整合的裝置。金屬細(xì)薄膜線可以被形狀覆蓋于邊緣區(qū)域的鏈接細(xì)薄膜裝置。其線結(jié)構(gòu)將導(dǎo)致更多的壓縮以及被整合高密度的裝置，相較于表面芯片固定結(jié)構(gòu)使用晶粒鏈接，線鏈接以及翻轉(zhuǎn)的芯片的鏈接。平面的線結(jié)構(gòu)排除大的連接印臺(tái)。將會(huì)產(chǎn)生降低裝置尺寸以及增加裝置的整合密度的結(jié)果。

光射二極管印頭(LED印頭)為關(guān)鍵組件，它被用于LED打印機(jī)以及單當(dāng)作光源的使用。LED沖印機(jī)是為光電印刷打印機(jī)的型態(tài)之一；另一型態(tài)是為激光打印機(jī)。傳統(tǒng)的LED印頭包含有LED數(shù)組芯片以及CMOS IC驅(qū)動(dòng)器芯片這些可以被安裝于印刷電路板上。LED數(shù)組芯片以及IC驅(qū)動(dòng)器芯片被具有高密度線的鏈接。于LED數(shù)組芯片的光射區(qū)域是小的，例如，于600dpi為20μmx20μm，但是LED 數(shù)組芯片的尺寸卻是很大，因?yàn)橛写蟮木€連結(jié)印臺(tái)。安裝的LED數(shù)組芯片以及IC驅(qū)動(dòng)器芯片也限制LED印頭尺寸的降低。為了解決這些問題，我們也已研究整合細(xì)薄膜LED數(shù)組與CMOS IC驅(qū)動(dòng)器，并也有成功的開發(fā)3維的細(xì)薄膜LED數(shù)組與IC驅(qū)動(dòng)器整合于LED印頭的技術(shù)；我們將此此技術(shù)稱為“附生細(xì)薄膜連結(jié)(EFB)”技術(shù)并稱為半導(dǎo)體細(xì)薄膜 “附生細(xì)薄膜”。

　　EFB技術(shù)將會(huì)被應(yīng)用于整合相異的原料以及整合于附生細(xì)薄膜LED數(shù)組與IC驅(qū)動(dòng)器LED印頭上。應(yīng)用的EFB技術(shù)于超高高密度整合的相異的原料裝置將是為一個(gè)有效的未來目標(biāo)。制造于2D的附生細(xì)薄膜LED數(shù)組有一個(gè)好的測(cè)試EFB技術(shù)被應(yīng)用于超高密度整合。2D LED數(shù)組的密度被限制于一個(gè)數(shù)組強(qiáng)度約為1mm盡可能長的LED，被數(shù)組于具有傳統(tǒng)的安裝技術(shù)。許多較高的LED數(shù)組密度被期望建構(gòu)于EFB技術(shù)被應(yīng)用于2D LED數(shù)組的制造。

　　于較高的密度附生細(xì)薄膜LED數(shù)組，較高的熱傳導(dǎo)被期望于附生細(xì)薄膜LED數(shù)組被鏈接的基座，尤其當(dāng)LED被操作于較高的LED電流范圍。但許多的研究為連結(jié)于半導(dǎo)體細(xì)薄膜在高熱流傳導(dǎo)材料已有被研究及報(bào)導(dǎo)。

　　于本文中，較高的密度附生細(xì)薄膜LED數(shù)組被整合于具有CMOS IC驅(qū)動(dòng)器的LED印頭之3維空間中。較高密度的2D附生細(xì)薄膜LED數(shù)組也可以由EFB的測(cè)試而被應(yīng)用于較高密度整合的相異的原料裝置。藉由EFB的附生細(xì)薄膜LED數(shù)組形狀的熱傳導(dǎo)特性也被描述；經(jīng)由EFB的附生細(xì)薄膜LED的測(cè)試被連結(jié)于類鉆石碳的(DLC)細(xì)薄膜也會(huì)被報(bào)導(dǎo)。

　　LED數(shù)組以及CMOS IC驅(qū)動(dòng)器的整合

　　圖1所顯示的為LED數(shù)組芯片以及IC驅(qū)動(dòng)器芯片的顯微鏡影像，它被安置于具有600dpi習(xí)慣的LED印頭印刷電路板。LED數(shù)組芯片以及IC驅(qū)動(dòng)器芯片為電子式連接具有高密度的金屬鏈接線，連結(jié)的線數(shù)量約為3000。

圖2所顯示的為新的LED數(shù)組的制造過程，它是為附生細(xì)薄膜LED數(shù)組，以及CMOS IC驅(qū)動(dòng)器被整合于EFB中。

　　(a)對(duì)LED的附生細(xì)薄膜層被長成于GaAs基座上。一個(gè)具有拋棄層被遠(yuǎn)用來蝕刻GaAs基座；以及附生細(xì)薄膜層被長成于附生細(xì)薄膜LED層，以及GaAs基座之間。附生細(xì)薄膜LED層包含有AlGa，當(dāng)層中有雙異質(zhì)結(jié)構(gòu) (LED的波長約為750nm)。
　　(b)附生細(xì)薄膜LED層為臺(tái)地蝕刻于不同的絕緣區(qū)域，以及曝露拋棄層于臺(tái)地蝕刻。此絕緣圖樣為附生細(xì)薄膜LED層是被釋放自其它基座（GaAs基座）是透過對(duì)拋棄層的化學(xué)蝕刻。提供的材質(zhì)被成形20μmx20μm的絕緣范圍，此LED數(shù)組的區(qū)域強(qiáng)度為42.3μm以支持附生細(xì)薄膜LED層于600dpi數(shù)組強(qiáng)度。金屬細(xì)薄膜線被適當(dāng)?shù)尼尫?，以及連結(jié)處理成形于附生細(xì)薄膜LED的邊緣范圍沒有缺點(diǎn)；
　　(c)附生細(xì)薄膜LED層的連結(jié)對(duì)有好的步驟含蓋率之金屬細(xì)薄膜線以及鏈接區(qū)域于IC驅(qū)動(dòng)器于附生細(xì)薄膜邊緣區(qū)域被觀查到。附生細(xì)薄膜LED層透過分子內(nèi)力被緊密的鏈接到IC驅(qū)動(dòng)器表面于室溫下操作不用任何黏著。于鏈接區(qū)域，此一IC驅(qū)動(dòng)器表面于附生細(xì)薄膜 連結(jié) 過程之前是沒什作用的。
　　(d)支援材料被由附生細(xì)薄膜LED層走移。
　　(e)附生細(xì)薄膜LED層被由LED數(shù)組臺(tái)地蝕刻成各別的LED。
　　(f)金屬細(xì)薄膜線被透過照相平版印刷成形并連接到附生細(xì)薄膜LED以及IC驅(qū)動(dòng)器。

圖3所顯示為附生細(xì)薄膜LED鏈接于IC驅(qū)動(dòng)器范圍的掃描電子顯微鏡 (SEM) 影像。其光射范圍（附生細(xì)薄膜）為2μm。附生細(xì)薄膜LED被鏈接適當(dāng)?shù)腎C驅(qū)動(dòng)器；無爆裂以及閑置被觀查到甚至有十分細(xì)附生細(xì)薄膜范圍約薄為150nm。圖4為顯示600dpi附生細(xì)薄膜LED數(shù)組被整合于具有IC驅(qū)動(dòng)器的SEM影像。附生細(xì)薄膜LED數(shù)組被適當(dāng)?shù)逆溄佑贗C驅(qū)動(dòng)器于CMOS IC晶圓范圍內(nèi)。光射范圍為20μmx20μm。LED數(shù)組的強(qiáng)度為42.3μm（600dpi數(shù)組強(qiáng)度）。金屬細(xì)薄膜線被適當(dāng)成形而于附生細(xì)薄膜LED的邊緣范圍內(nèi)不具缺點(diǎn)。

　　圖5所顯示的為附生細(xì)薄膜LED鏈接于IC驅(qū)動(dòng)器的SEM影像剖面圖。相當(dāng)好的連結(jié)被建構(gòu)且無閑置出現(xiàn)于連結(jié)的界面，清楚的證明原子的后端范圍是在鏈接接口沒有被觀查到。不同的PLED以及Vf 分配是小的；PLED的變化約為±5%且Vf的變化約±2%，也有傳統(tǒng)型態(tài)LED數(shù)組芯片（LED數(shù)組于GaAs基座）等效于PLED以及Vf。不同的PLED以及Vf 分配表示不同的鏈接接口特性，If 閑置∕或爆裂出現(xiàn)于附生細(xì)薄膜LED數(shù)組，不同的PLED以及Vf 分配。