半导体照明基础讲座一

　　第一讲 半导体照明产业技术的发展历程

　　LED产业的发展是和半导体技术以及照明光源技术发展紧密相关的。根据LED技术不同发展阶段，从其应用发展来看，LED产业的发展历程依次可分为大致以下几个阶段：

　　――指示应用阶段;

　　――信号、显示应用阶段;

　　――照明应用阶段。

　　1965年，全球第一款商用化发光二极管诞生，它是用锗材料作成的可发出红外光的LED，当时的单价约为45美元。其后不久，Monsanto和惠普公司推出了用GaAsP材料制作的商用化红色LED。这种LED的效率为每瓦大约0.1流明，比一般的60至100瓦白炽灯的每瓦15流明要低上100多倍。 1968年，LED的研发取得了突破性进展，利用氮掺杂工艺使GaAsP器件的效率达到了1流明/瓦，并且能够发出红光、橙光和黄色光。到了1971年，业界又推出了具有相同效率的GaP绿色芯片LED。

　　80年代早期的重大技术突破是开发出了AlGaAs LED，它能以每瓦10流明的发光效率发红光，这一技术进步使LED能够应用于室外运动信息发布以及汽车中央高位刹车灯(CHMSL)设备。1990年，业界又开发出了能够提供相当于最好的红色器件性能的AlInGaP技术，这比当时标准的GaAsP器件性能要高出10倍。

　　当今，效率最高的LED是用透明衬底AlInGaP材料做的。在1991年至2001年期间，材料技术、芯片尺寸和外形方面的进一步发展使商用化LED的光通量提高了将近30倍。

　　1994年，中村修二在GaN基片上研制出了第一只蓝色发光二级管，由此人们看到了白光LED的曙光以及GaN基LED广阔的市场前景和巨大商机，也由此引发了对GaN基LED研究和开发的热潮。GaN基LED迅速发展，并逐渐进入到应用市场领域。蓝光LED的出现大大加速了大屏幕显示应用，从20世纪90年代中期开始，许多广告、体育和娱乐场所开始应用LED大屏幕显示。在紫外和蓝光技术上的突破使得另外一种生成白光的技术成为可能，即在单枚LED上通过蓝光激发荧光粉，生成白光，20世纪90年代后期制成了第一只这样的LED。

　　LED作为指示应用已经成熟，作为信号、显示等方面的应用还需要进一步发展，而作为照明应用，还属于起步阶段。随着技术的不断进步，近年来白光LED的发展相当迅速，白光LED的发光效率已经达到30 lm/W，实验室研究成果甚至可以达到60 lm/W，大大超过白炽灯，而向荧光灯迫近。白光LED的应用曙光已经显现。

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　　第二讲 半导体照明灯具及光学系统

　　LED小巧轻量、驱动电压低、全彩色、寿命长、效率高、耐振动、易于控光等特性，为设计用于不同场所和目的的照明系统提供了优越条件。人们习惯于看日光下的东西，对于通用照明来说，人们需要的主要是接近太阳光质量的光源，所以白光LED是半导体照明科技的重要指标。由于单只LED功率小，光亮度低，不宜单独使用，为此必须将多个LED组装在一起设计成为实用的LED照明系统。但目前白光LED与通用照明的要求还有一定的距离，还存在诸多技术与成本问题急需解决。

　　(1)半导体照明灯具系统的主要技术概况

　　1)灯具系统的热量管理

　　一般常称LED为冷光源，这是因为LED发光原理是电子经过复合直接发出光子，而不需要热的过程。但由于焦耳热的存在，LED在发光的同时也有热量伴随，而且对于大功率和多个LED应用的场合，热量积少成多而不能小觑，LED不同于白炽灯、荧光灯等传统照明光源，过高的温度会缩短，甚至终止其使用寿命。而且LED是温度敏感器件，当温度上升时，其效率急剧下降，所以系统结构设计及散热技术开发也是LED应用需面对的课题。由于强制空气冷却通常在光源中是不可取的，所以随着输入电功率的提高，散热片和其它增强自然对流冷却的方法就在 LED 灯和光源设计中发挥日益重要的作用。

　　2)提高显色性

　　目前白光LED普遍使用发蓝光LED叠加由蓝光激发的发黄光的钇铝石榴石(YAG)荧光粉，合成为白光。由于其发光光谱中仅含蓝、黄这两个波谱，所以存在色温偏高、显色指数偏低的问题，不符合普通照明要求。人眼对色差的敏感性大大高于对光强弱的敏感性，对照明而言，光源的显色性往往比发光效率更重要。所以加入适量发红光的荧光粉并能保持较高发光效率是LED白光照明中的一个重要的课题。

　　3)灯具系统的二次光学设计

　　传统灯具长期以白炽灯、荧光灯光源为参照物来决定灯具的光学和形状的标准，因此LED灯具系统应考虑摒弃传统灯具加上LED发光模块的组装方式，充分考虑其光学特性，为LED光源专门设计不同的灯具。光学系统设计内容主要包括如下几个方面：① 根据照明对象、光通量的需求，决定光学系统的形状、LED的数目和功率的大小;② 将若干个LED发光管组合设计成点光源、环形光源或面光源的“二次光源”，根据组合成的二次光源，计算照明光学系统;③ 构成照明光学系统设计的“二次光源”上的每只LED管子配光分布控制十分重要。

　　由于LED发出的光束集中，更易于控制，且不需要反射器聚光，有利于减少灯具的深度。例如，利用平面镜光学系统，可以只用1～2个LED就可照亮很大的表面，而灯具深度很薄;而利用光导技术，LED直接装于光导管旁，可大大减少光源及其它组件占用的体积，制成超薄的灯具。

　　4)电源、电路与灯具的集成

　　为LED 设计灯具，需要注意白炽灯和荧光灯灯具设计师很少需要关注的一个问题就是电源。大多数白炽灯直接由交流电线供电，因此不需要电源。荧光灯使用镇流器来完成电源的功能。但LED需要专门的电源与驱动电路与其配套，在设计灯具的时候应考虑电源与灯具系统集成。

　　半导体照明和太阳能发电的最大特点都是环保、节能、长寿命、安全。太阳能发电和半导体照明相结合完成光电到电光的转换，是最佳的组合。以太阳电池发电作为电源的自然能利用型独立半导体照明灯具，节能、环保、长寿命，还省去了相关的电线及配套设施，拥有巨大的市场空间。

　　5)提高系统的可靠性

　　LED光源有人称它谓长寿灯，作为固体发光器件，其理论寿命在10万小时以上，其使用寿命远比传统光源要长，因此在一些不易更换维护的场合使用，其维护成本可大为降低。但是目前许多实际应用中却无法看到这项优点，反而给使用者看到的是光衰严重，且寿命短，根本用不到一万小时就坏了，这是因为大家所使用的LED是电子工业界最常使用的指示功能的Ф3～Ф5 mm LED，利用简单的电子电路加大电流来增加其发光强度，但是LED只获得了短暂的高亮度，却失去了LED应有的寿命。因此在半导体照明灯具设计上慎选LED，应使用大功率LED作为照明设备光源。

　　6)提高光通量、降低价格

　　目前单个1W的LED器件，光通量约为25 lm，质量好的售价要超过5美元，差一些的也要3美元。而25 lm的光通量对于普通照明而言太小了，一只普通的60W白炽灯的光通量大于700 lm，也就是说，要代替传统照明需要多个LED器件，还要加上驱动电路、灯壳、灯头等，如此高的成本是白光LED在普通照明中的最大问题。特别是效率，目前是25～45 lm/W，还有待于进一步提高。

　　(2)技术发展趋势

　　1)摒弃目前LED灯具仅仅是传统灯具加LED发光模块的设计方法，要充分考虑LED光学特性，开发LED专用灯具。

　　2)电源及控制电路的设计，电源方面要改变目前普遍使用的电容降压和阻抗分压的应用方式，设计出合理的小电流恒流源电路，在驱动电流方面采用时钟周期调制方式，提高LED灯具的稳定性，同时进一步提高电源的效率。

　　3)在控制电路电路设计方面，要向集中控制，标准模块化，系统可扩展性三方面发展。

　　4)在目前LED光效和光通量有限的情况下，充分发挥LED色彩多样性的特点，开发变色LED灯饰的控制电路。

　　5)发挥LED的优势，开发LED照明与光伏系统结合的灯具系统。

　　6)开发适合室内照明的集成平板光源系统，发展趋势是LED照明灯具与建筑融为一体。

　　7)开发LED灯具模拟仿真系统，以加快产品开发速度。

　　8) 开发太阳能与高亮度LED集成技术，解决太阳能电池系统与LED照明系统的匹配和控制技术。

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　　第三讲 半导体照明电源及控制电路

　　作为一种新的光源，近年来各大公司和研究机构对LED电源和驱动电路的研究方兴未艾。与荧光灯的电子镇流器不同，LED驱动电路的主要功能是将交流电压转换为直流电压，并同时完成与LED的电压和电流的匹配。随着硅集成电路电源电压的直线下降，LED 工作电压越来越多地处于电源输出电压的最佳区间，大多数为低电压 IC 供电的技术也都适用于为LED，特别是大功率 LED供电。再则，LED电源还应能利用低电压IC电源产量逐渐上升带来的规模经济。

　　(1)LED电源和驱动电路主要技术概况

　　1)电压变换技术

　　电源是影响LED光源可靠性和适应性的一个重要组成部分必须作重点考虑。目前我国的市电是220V的交流电，而LED光源属半导体光源，通常是用直流低电压供电，这就要求在这些灯具中或外部设置AC-DC转换电路，以适应LED电流驱动的特征。目前电源选择的途径有开关电源、高频电源、电容降压后整流电源等多种，根据电流稳定性，瞬态过冲以及安全性、可靠性的不同要求作不同选择。

　　2)电源与驱动电路的寿命与成本

　　LED寿命方面，虽然单颗LED本身的寿命长达10万小时，但其应用时必须搭配电源转换电路，故LED照明器具整体寿命必须从光电整合应用加以考虑。但对照明用LED,为达到匹配要求，电源与驱动电路的寿命必须超过10万小时，使其不再成为半导体照明系统的瓶颈因素。在考虑长寿命的同时又不能增加太多的成本，电源与驱动电路的寿命与成本的通常不宜超过照明系统总成本的三分之一，在半导体照明灯具产品发展的初期，必须平衡好电源与驱动电路的寿命与成本的关系。

　　3)驱动程序的可编程技术

　　LED用作光源一个显著的特点就是在低驱动电流条件下仍能维持其流明效率，同时对于R.G.B.多晶型混光而形成白光来说，通过开发一种针对LED的数字RGB混合控制系统，使用户能够在很大范围内对LED的亮度，颜色和色调进行任意调节，给人以一种全新的视觉享受。在城市景观亮化应用方面，LED光源可在微处理器控制下可以按不同模式加以变化，形成夜晚的多姿百态的动态效果，在这方面将体现LED相对于其它光源所具有的独特的竞争优势。

　　4)电源与驱动电路的效率

　　LED电源与驱动电路，既要有一定的供LED所需的接近恒流的正向电流输出，又要有较高的转换效率，电光转化效率是半导体照明的一个重要因素，否则就会失去LED节能的优点，目前商业化的开关电源其效率约为80%左右，作为半导体照明用电源，其转换效率仍须进一步提升。

　　(2)技术发展趋势

　　1)针对LED的特点开发一系列恒压恒流控制电子电路，利用集成电路技术将每颗LED的输入电流控制在最佳电流值，使得LED能获得稳定的电流，并产生最高的输出光通量。LED驱动电路在输入电压和环境温度等因素发生变动的情况下最好能控制LED电流的大小。

　　2)LED驱动电路具有智能控制功能，使LED的负载电流能够在各种因素的影响下都能控制在预先设计的水平上。当负载电流因各种因素而产生变化时，初级控制IC可以通过控制开关使负载电流回到初始设计值上。

　　3)在控制电路电路设计方面，要向集中控制，标准模块化，系统可扩展性三方面发展。

　　4)在目前LED光效和光通量有限的情况下，充分发挥LED色彩多样性的特点，开发变色LED灯饰的控制电路。

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　　第四讲 主要封装技术概况

　　1)LED单芯片封装

　　LED在过去的30多年里，取得飞速发展。第一批产品出现在1968年，工作电流20mA的LED的光通量只有千分之几流明，相应的发光效率为0.1 lm/W，而且只有一种光色为650 nm的红色光。70年代初该技术进步很快，发光效率达到1 lm/W，颜色也扩大到红色、绿色和黄色。伴随着新材料的发明和光效的提高，单个LED光源的功率和光通量也在迅速增加。原先，一般LED的驱动电流仅为20 mA。到了20世纪90年代，一种代号为“食人鱼”的LED光源的驱动电流增加到50-70mA，而新型大功率LED的驱动电流达到300—500 mA。特别是1998年白光LED的开发成功，使得LED应用从单纯的标识显示功能向照明功能迈出了实质性的一步。图2-1到图2-4描述了LED的发展历程。

图2-1 普通LED
图2-3 “食人鱼”LED

　　A 功率型LED封装技术现状

　　功率型LED分为功率LED和瓦(W)级功率LED两种。功率LED的输入功率小于1W(几十毫瓦功率LED除外);W级功率LED的输入功率等于或大于1W。

　　最早有HP公司于20世纪90年代初推出“食人鱼”封装结构的LED，并于1994年推出改进型的“Snap LED”，有两种工作电流，分别为70mA和150mA，输入功率可达0.3W。接着OSRAM公司推出“Power TOP LED”，之后一些公司推出多种功率LED的封装结构。这些结构的功率LED比原支架式封装的LED输入功率提高几倍，热阻降为过去的几分之一。

　　W级功率LED是未来照明的核心，世界各大公司投入很大力量，对其封装技术进行研究开发。单芯片W级功率LED最早是由Lumileds公司于1998年推出的LUXEON LED，该封装结构的特点是采用热电分离的形式，将倒装芯片用硅载体直接焊在热沉上，并采用反射杯、光学透镜和柔性透明胶等新结构和新材料，现可提供单芯片1W、3W和5W的大功率LED，Lumileds公司拥有多项功率型白光二极管封装方面的专利技术。OSRAM于2003年推出单芯片的Golden Dragon”系列LED，其特点是热沉与金属线路板直接接触，具有很好的散热性能，而输入功率可达1W。日亚的1W LED工作电流为350 mA，白光、蓝光、蓝绿光和绿光的光通量分别为23、7、28和20流明，预计其寿命为5万小时。

　　B 功率型LED封装技术概述

　　半导体LED若要作为照明光源，常规产品的光通量与白炽灯和荧光灯等通用性光源相比，距离甚远。因此，LED要在照明领域发展，关键是要将其发光效率、光通量提高至现有照明光源的等级。由于LED芯片输入功率的不断提高，功率型LED封装技术主要应满足以下两点要求：①封装结构要有高的取光效率;②热阻要尽可能低，这样才能保证功率LED的光电性能和可靠性。

　　功率型LED所用的外延材料采用MOCVD的外延生长技术和多量子阱结构，虽然其内量子效率还需进一步提高，但获得高发光通量的最大障碍仍是芯片的取光效率低。现有的功率型LED的设计采用了倒装焊新结构来提高芯片的取光效率，改善芯片的热特性，并通过增大芯片面积，加大工作电流来提高器件的光电转换效率，从而获得较高的发光通量，除了芯片外，器件的封装技术也举足轻重。

　　功率型LED封装关键技术：

　　a.散热技术

　　传统的指示灯型LED封装结构，一般是用导电或非导电胶将芯片装在小尺寸的反射杯中或载片台上，由金丝完成器件的内外连接后用环氧树脂封装而成，其热阻高达150～250℃/W，新的功率型芯片若采用传统式的LED封装形式，将会因为散热不良而导致芯片结温迅速上升和环氧碳化变黄，从而造成器件的加速光衰直至失效，甚至因为迅速的热膨胀所产生的应力造成开路而失效。

　　对于大工作电流的功率型LED芯片，低热阻、散热良好及低应力的新的封装结构是功率型LED器件的技术关键。可采用低阻率、高导热性能的材料粘结芯片;在芯片下部加铜或铝质热沉，并采用半包封结构，加速散热;甚至设计二次散热装置，来降低器件的热阻;在器件的内部，填充透明度高的柔性硅胶，胶体不会因温度骤然变化而导致器件开路，也不会出现变黄现象;零件材料也应充分考虑其导热、散热特性，以获得良好的整体热特性。

　　普通LED和大功率LED封装结构分别见图2-5，图2-6。热阻参考值见表2-1。

　　　图2-5 普通LED封装结构图

图2-6 大功率LED封装结构图

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　　第五讲 LED封装技术发展趋势

　　1)采用大面积芯片封装

　　用1x1 mm2的大尺寸芯片取代现有的0.3 x0.3 mm2的小芯片封装，在芯片注入电流密度不能大幅度提高的情况下，是一种主要的技术发展趋势。

　　2)芯片倒装技术

　　解决电极挡光和蓝宝石不良散热问题，从蓝宝石衬底面出光。在p电极上做上厚层的银反射器，然后通过电极凸点与基座上的凸点键合。基座用散热良好的Si材料制得，并在上面做好防静电电路。根据美国Lumileds公司的结果，芯片倒装约增加出光效率1.6倍。芯片散热能力也得到大幅改善，采用倒装技术后的大功率发光二极管的热阻可低到12～15℃/W。

　　3)金属键合技术

　　这是一种廉价而有效的制作功率LED的方式。主要是采用金属与金属或者金属与硅片的键合技术，采用导热良好的硅片取代原有的GaAs或蓝宝石衬底，金属键合型LED具有较强的热耗散能力。

　　4)开发大功率紫外光LED

　　UV LED配上三色荧光粉提供了另一个方向，白光色温稳定性较好，使其在许多高品质需求的应用场合(如节能台灯)中得到应用。这样的技术虽然有种种的优点，但仍有相当的技术难度，这些困难包括配合荧光粉紫外光波长的选择、UV LED制作的难度及抗UV封装材料的开发等等。

　　5)开发新的荧光粉和涂敷工艺

　　荧光粉质量和涂敷工艺是确保白光LED质量的关键。荧光粉的技术发展趋势是开发纳米晶体荧光粉、表面包覆荧光粉技术，在涂布工艺方面发展荧光粉均匀的荧光板技术，将荧光粉与封装材料混合技术。

　　6)开发新的封装材料

　　开发新的安装在LED芯片的底板上的高导热率的材料，从而使LED芯片的工作电流密度约提高5～10倍。就目前的趋势看来，金属基座材料的选择主要是以高热传导系数的材料为组成，如铝、铜甚至陶瓷材料等，但这些材料与芯片间的热膨胀系数差异甚大，若将其直接接触很可能因为在温度升高时材料间产生的应力而造成可靠性的问题，所以一般都会在材料间加上兼具传导系数及膨胀系数的中间材料作为间隔。

　　原来的LED有很多光线因折射而无法从LED芯片中照射到外部，而新开发的LED在芯片表面涂了一层折射率处于空气和LED芯片之间的硅类透明树脂，并且通过使透明树脂表面带有一定的角度，从而使得光线能够高效照射出来，此举可将发光效率大约提高到了原产品的2倍。

　　目前对于传统的环氧树脂其热阻高，抗紫外老化性能差，研发高透过率，耐热，高热导率，耐UV和日光辐射及抗潮的封装树脂也是一个趋势。

　　在焊料方面，要适应环保要求，开发无铅低熔点焊料，而且进一步开发有更高导热系数和对LED芯片应力小的焊料是另一个重要的课题。

　　7)多芯片型RGB LED

　　将发出红、蓝、绿三种颜色的芯片，直接封装在一起配成白光的方式，可制成白光发光二极管。其优点是不需经过荧光粉的转换，藉由三色晶粒直接配成白光，除了可避免因为荧光粉转换的损失而得到较佳的发光效率外，更可以藉由分开控制三色发光二极管的光强度，达成全彩的变色效果(可变色温)，并可藉由芯片波长及强度的选择得到较佳的演色性。利用多芯片RGB LED封装型式的发光二极管，很有机会成为取代目前使用CCFL的LCD背光模块中背光源的主要光源之一。

　　8)多芯片集成封装

　　目前大尺寸芯片封装还存在发光的均匀和散热等问题亟待解决。采用常规芯片进行高密度组合封装的功率型LED可以获得较高发光通量，是一种切实可行很有推广前景的功率型LED固体光源。小芯片工艺相对成熟，各种高热导绝缘夹层的铝基板便于芯片集成和散热。

　　9)平面模块化封装

　　平面模块化封装是另一个发展方向，这种封装的好处是由模块组成光源，其形状，大小具有很大的灵活性，非常适合于室内光源设计，芯片之间的级联和通断保护是一个难点。大尺寸芯片集成是获得更大功率LED的可行途径，倒装芯片结构的集成，优点或许更多一些。

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　　第六讲 LED芯片的技术发展状况

　　对于标准管芯(200-350μm2)，日本日亚公司报道的最高研究水平，紫光(400 nm)22 mW，其外量子效率为35.5%，蓝光(460 nm) 18.8 mW，其外量子效率为34.9%。美国Cree公司可以提供功率大于15 mW 的蓝色发光芯片(455～475 nm)和最大功率为21 mW的紫光发光芯片(395～410 nm)，8 mW 绿光(505～525 nm)发光芯片。台湾现在可以向市场提供6 mW左右的蓝光和4 mW左右的紫光芯片，其实验室水平可以达到蓝光10 mW和紫光7～8 mW的水平。国内的公司可以向市场提供3～4mW的蓝光芯片，研究单位的水平为蓝光6 mW左右，绿光1～2 mW，紫光1～2 mW。

　　随着外延生长技术和多量子阱结构的发展，超高亮度发光二极管的内量子效率己有了非常大的改善，如波长625 nm AlGaInP基超高亮度发光二极管的内量子效率可达到100%，已接近极限。

　　lGaInN基材料内存在的晶格和热失配所致的缺陷、应力和电场等使得AlGaInN基超高亮度发光二极管的内量子效率比较低，但也在35～50%之间，半导体材料本身的光电转换效率己远高过其它发光光源，因此提高芯片的外量子效率是提高发光效率的关键。这在很大程度上要求设计新的芯片结构来改善芯片出光效率，进而达到提升发光效率(或外量子效率)的目的，大功率芯片技术也就专注于如何提升出光效率来提升芯片的发光效率，主要技术途径和发展状况阐述如下：

　　1)改变芯片外形的技术

　　当发射点处于球的中心处时，球形芯片可以获得最佳的出光效率。改变芯片几何形状来提升出光效率的想法早在60年代就用于二极管芯片，但由于成本原因一直无法实用。在实际应用中，往往是制作特殊形状的芯片来提高侧向出光的利用效率，也可以在发光区底部(正面出光)或者外延层材料(背面出光)进行特殊的几何规格设计，并在适当的区域涂覆高防反射层薄膜，来提高芯片的侧向出光利用率。

　　1999年HP公司开发了倒金字塔形AlInGaP芯片并达到商用的目标，TIP结构减少了光在晶体内传输距离、减少了内反射和吸收(有源区吸收和自由截流子吸收等)引起的光损耗、芯片特性大幅度改善，发光效率达100流明/瓦(100 mA，610 nm)，外量子效率更达到55%(650 nm)，而面朝下的倒装结构使P-N结更接近热沉，改善了散热特性，提高了芯片寿命。

　　2)键合技术

　　AlGaInP和AlGaInN基二极管外延片所用的衬底分别为GaAs和蓝宝石，它们的导热性能都较差。为了更有效的散热和降低结温，可通过减薄衬底或去掉原来用于生长外延层的衬底，然后将外延层键合转移倒导电和导热性能良好热导率大的衬底上，如铜、铝、金锡合金、氮化铝等。键合可用合金焊料如AuSn、PbSn、In等来完成。Si的热导率比GaAs和蓝宝石都好，而且易于加工，价格便宜，是功率型芯片的首选材料。

　　2001年，Cree推出的新一代XBTM系列背面出光的功率型芯片，其尺寸为0.9mm x 0.9mm，顶部引线键合垫处于中央位置，采用"米"字形电极使注入电流能够较为均匀的扩展，底部采用AuSn合金将芯片倒装焊接在管壳底盘上，具有较低的热阻，工作电流400 mA时，波长405和470 nm的输出光功率分别为250 mW和150 mW。

　　3)倒装芯片技术

　　AlGaInN基二极管外延片一般是生长在绝缘的蓝宝石衬底上，欧姆接触的P电极和N电极只能制备在外延表面的同一侧，正面射出的光部分将被接触电极所吸收和键合引线遮挡。造成光吸收更主要的因素是P型GaN层电导率较低，为满足电流扩展的要求，覆盖于外延层表面大部分的半透明NiAu欧姆接触层的厚度应大于5-10 nm，但是要使光吸收最小，则NiAu欧姆接触层的厚度必须非常薄，这样在透光率和扩展电阻率二者之间则要给以适当的折衷，折衷设计的结果必定使其功率转换的提高受到了限制。

　　倒装芯片技术可增大输出功率、降低热阻，使发光的pn结靠近热沉，提高器件可靠性。2001年Lumileds报道了倒装焊技术在大功率AlInGaN基芯片上的应用，避免了电极焊点和引线对出光效率的影响，改善了电流扩散性和散热性，背反射膜的制备将传向下方的光反射回出光的蓝宝石一方，进一步提升出光效率，外量子效率达21%，功率换效率达20%(200 mA，435 nm)，最大功率达到400 mW(驱动电流1A，435 nm，芯片尺寸1mm x 1mm)，其总体发光效率比正装增加1.6倍。倒装结构示意图见图2-8。

　　4)全方位反射膜

　　除在键合界面制备金属基反射层外，也可以通过外延技术生长具DBR层的AlInGaP和AlInGaN基芯片，但由于DBR反射率随着入射角的增加迅速减少，以全方位平均仍有较高的光损耗，反射膜效率不高。

　　金属基全方位反射膜可应用于正装芯片也可应用于倒装芯片。金属基全方位反射膜可有效提升出光效率，但必须解决如何制备低阻欧姆接触，高的全方位反射率，和在后续工艺过程中反射膜不会被损害而失去低阻高反射的特性等。

　　5)金属键合剥离技术

　　美国惠普公司结合键合技术最早采用大衬底剥离技术将GaAs衬底与外延层剥离，然后将外延层粘接在透明的GaP衬底上制备AlInGaP基芯片，此项技术可以提高近2倍的发光效率。

　　1996年报道了用激光技术将2英寸HVPE GaN与蓝宝石剥离， 用Si(或金属)衬底取代蓝宝石衬底的AIGaInN功率型芯片主要由三个关键工艺步骤完成：①在外延表面淀积键合金属层如Pd 100 nm，以及在键合底板上如Si底板表面淀积一层1000 nm的铟;②将外延片低温键合到底板上;③用KrF脉冲准分子激光器照射蓝宝石底面，使蓝宝石和GaN界面的GaN产生热分解，再通过加热(40度)使蓝宝石脱离GaN。

　　2003年2月，德国OSRAM公司用激光技术将蓝宝石去除，使芯片的出光效率提至75%，是传统芯片的3倍。采用将芯片键合到Cu片上再激光剥离蓝宝石衬底，可使散热能力提高4倍，发光功率也提升4倍。

　　6)表面粗糙化

　　表面粗糙化主要是将那些满足全反射定律的光改变方向，继而在另一表面或反射回原表面时不被全反射而透过界面，并能起防反射的功能。表面粗糙通过散射光的方向减少内反射，但同时又不能损伤材料的电光特性。透射率的增加被认为是表面粗糙化的主要功能，优化的表面粗糙(430nm球状起伏表面)可使出光效率可以达到54%。