發(fā)光二極管照明是利用半導體的電致發(fā)光發(fā)展而來(lái)的固態(tài)照明技術(shù)。自1907年第一只發(fā)光二極管問(wèn)世，到20世紀90年代，人們對LED的研究進(jìn)展緩慢，期間使用GaAs和InP等第二代半導體材料為光源的LED僅應用在光電探測及顯示領(lǐng)域。直到20世紀90年代中期，日本的中村修二發(fā)明了第一只超高亮度的GaN基LED，照明領(lǐng)域的大門(mén)才向LED打開(kāi)。GaN作為繼第一代半導體材料Si，Ge和第二代半導體材料GaAs，InP等之后的第三代半導體材料，因其出色的光電性能獲得了關(guān)注和研究熱度。GaN是一種寬禁帶（3.4eV）直接帶隙半導體，其三元化合物InxGa1－xN的禁帶寬度可在0.7～3.4eV間變化，相應的光譜波長(cháng)可覆蓋從紫外（波長(cháng)365nm）到近紅外（波長(cháng)1770nm）部分，因此GaN成為光電器件中最重要的半導體材料，得到了廣泛的研究，高亮度GaN基LED如今已被廣泛應用到照明、手機及全色顯示設備等諸多領(lǐng)域之中。
目前，GaN基LED主要采用在異質(zhì)襯底上外延生長(cháng)工藝，其常見(jiàn)的襯底材料有SiC，Si和藍寶石，而它們與GaN間都存在晶格失配的問(wèn)題，失配率分別為3.36%，16.9%和13.8%。由于SiC襯底的成本較高，Si與GaN晶格失配嚴重，使得藍寶石成為性?xún)r(jià)比高的襯底材料。但藍寶石襯底不導電，導熱性能也很差，使傳統正、倒裝LED的p電極和n電極只能位于藍寶石襯底的同一側。這種結構需要犧牲器件部分發(fā)光區來(lái)刻蝕出n電極，且芯片工作時(shí)電流水平分布，易造成電流擁擠，會(huì )降低器件的發(fā)光效率并引發(fā)可靠性問(wèn)題。隨著(zhù)LED朝著(zhù)大功率方向發(fā)展，芯片結溫越來(lái)越高，當芯片結溫超過(guò)80℃時(shí)，LED的發(fā)光強度將出現大衰減，同時(shí)會(huì )降低LED的使用壽命。因此，傳統的水平結構LED散熱不良成為限制其發(fā)展的主要原因。為解決以上問(wèn)題，則需要將GaN外延層轉移到具有良好導電、導熱性能的襯底上。如，將Cu、Si等作為受體襯底與GaN外延層鍵合，再使用激光剝離（LLO）技術(shù)移除藍寶石襯底，這樣便能將p，n電極分別沉積到襯底的兩側，將這種結構的LED稱(chēng)為垂直結構LED。垂直結構LED散熱性能強，且異側的電極結構能有效避免電流擁擠，成為各類(lèi)應用的更佳選擇。晶圓鍵合機（晶圓鍵合技術(shù)）是制備垂直LED芯片的關(guān)鍵工藝，其*性體現在能給受體襯底更多的選擇性且工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，LED應用也因此得到了各方面拓展，如柔性襯底LED和微LED等。晶圓鍵合技術(shù)可分為有中間介質(zhì)層鍵合和無(wú)中間介質(zhì)層鍵合，其中常見(jiàn)的粘合劑鍵合和金屬鍵合屬于有中間介質(zhì)層鍵合，直接鍵合屬于無(wú)介質(zhì)層鍵合。
晶圓鍵合機技術(shù)在LED中的發(fā)展現狀：
晶圓鍵合機（黏合劑晶圓鍵合）是一種重要的鍵合技術(shù)，即將有機黏合劑置于兩晶圓表面之間，后經(jīng)固化處理形成具有一定鍵合強度的中間層，從而使兩晶圓緊密貼合。該方法具有工藝簡(jiǎn)單、成本低、引入應力小、鍵合溫度（tB）低、對表面形貌要求低及鍵合強度高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應用于先進(jìn)微電子制造領(lǐng)域。
傳統黏合劑一般是由有機介質(zhì)、溶劑、助劑及填充劑物組成，固化溫度大多為150℃左右。常用的有機介質(zhì)有環(huán)氧樹(shù)脂、硅樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂及聚酰亞胺等，其中環(huán)氧樹(shù)脂能提供更強的黏附力，而硅樹(shù)脂能提供更高的熱穩定性。溶劑的沸點(diǎn)應高于黏合劑的固化溫度，避免在固化過(guò)程中產(chǎn)生氣泡。助劑的作用是提升黏合劑的性能，如黏附力和黏性等。填充物能改善黏合劑的導熱和導電性能，常用的填充物有石墨、陶瓷及金屬微粒等。
晶圓鍵合機的一般步驟為：
?、偾逑春透稍锎I合晶圓的表面；
?、谠诰A對的一個(gè)或兩個(gè)表面均勻旋涂黏合劑，黏合劑厚度應能夠補償晶圓表面的顆?；蛉毕?；
?、垲A固化黏合劑；
?、軐⒕A對對正貼合并置于真空腔室，在一定壓強和特定溫度下固化黏合劑；
?、荽祾咔皇?，冷卻以及釋放鍵合壓強。
根據不同黏合劑和具體應用，可以增加一些其他合適的工藝步驟，如在垂直LED的制備中需要使黏合劑層導電，有時(shí)會(huì )對黏合劑圖形化處理。W．C．Peng等人在Si襯底上旋涂多環(huán)芳香烴作為黏合劑，并在黏合劑中填充金屬接線(xiàn)柱使鍵合層導電，與GaN基LED外延片在200℃、恒壓（1MPa）條件下鍵合60min，之后使用LLO技術(shù)剝離藍寶石襯底，在剝離過(guò)程中沒(méi)有引發(fā)GaN的脫落和破裂，表明該法得到的鍵合強度滿(mǎn)足后續LLO工藝要求。以耐高溫的有機膜為鍵合層，能避免LED反射層金屬在高溫下與鍵合層反應，有利于提高LED的光提取效率。最終制備出的垂直LED芯片在20mA電流下的光輸出功率比傳統藍寶石襯底LED高出20%，其正常工作電流也由180mA提升至280mA。
實(shí)現黏合劑導電更有效的方法是在黏合劑中填充金屬微粒，基于金屬填充的黏合劑導熱性能優(yōu)異，其熱傳導率可以達到120W/（m·K），更有利于器件散熱。H．Y．Kuo等人在柔性不銹鋼襯底表面旋涂厚度為20μm的彈性導電黏合劑（elas-ticconductiveadhesive，ECA），在180℃下持續15s，完成與GaN基LED的鍵合。ECA是由環(huán)氧樹(shù)脂和Ni包被的微球共同組成的，玻璃化溫度為130℃。通過(guò)使用ECA鍵合技術(shù)結合LLO技術(shù)所制備的GaN基柔性垂直LED（flexibleverticalLED，FVLED）顯示出了優(yōu)良的性能:主波長(cháng)－電流（λd-I）及光輸出強度－電流－電壓（L-I-V）特性在器件受到外力折彎時(shí)僅發(fā)生微弱變化，幾乎可以忽略不計，表明ECA在器件受到外力時(shí)有良好的緩沖性能。面積為600μm×600μm的FVLED芯片與傳統LED芯片相比，120mA電流下光輸出強度（功率）提升216%（80%），正向電壓由3.51V降低到3.3V。
最近，W.S.Choi等人使用WINNOVA生產(chǎn)的導電黏合劑和導電柔性襯底在室溫下制備了性能更加*的FVLED，所用襯底是由Ni包被的碳纖維織物。該FVLED與傳統的聚酰亞胺襯底FVLED相比，光輸出功率穩定性得到顯著(zhù)提升，且注入電流在950mA以?xún)葧r(shí)，光輸出功率隨注入電流的增加呈線(xiàn)性增長(cháng)趨勢，而后者的光輸出功率在注入電流大于200mA時(shí)便出現衰減。
實(shí)際上，由于有機黏合劑模量低，使用晶圓鍵合機（有機黏合劑鍵合）將引入很少的應力，在制備柔性襯底LED上有很大優(yōu)勢。但在非柔性襯底器件的應用中，黏合劑的導熱能力在經(jīng)填充物的改善后依然不夠可觀(guān)。目前的黏合劑材料在受熱環(huán)境中也存在易老化的缺點(diǎn)，同時(shí)，雖然晶圓鍵合機溫度較低，但當環(huán)境溫度到達鍵合溫度時(shí)，鍵合將會(huì )失效，影響器件的可靠性。因此未來(lái)還需尋找新的黏合劑和新的低溫工藝，達到導電、導熱性能更佳的無(wú)空洞鍵合并提高鍵合可靠性。
