以DLC接口及钻铜基材制造大功率的垂直LED
垂直LED的制作必需把GaN半导体软銲在低膨胀率的基材上，但偏偏低膨胀率的材料(如矽或GuW)其散热不佳，而高导热材料的热膨胀却远大于GaN(约5.5ppm/mK), 因此LED专家找不到理想的衔接材料。本文推荐以DLC为接口而钻石和铜的复合材料(钻石散热片)为基材制作全世界最先进的垂直LED。这样可以让台湾LED的产业蛙跳超前外国的主导公司(如Nichia, Osram，Lumiled)，也顺势摆脱欧、美、日对台湾的专利封锁。
LED的世界革命。2010年LED开始大量用于室内照明、户外路灯、及电视背光。室内照明常用的白炽灯(Incandescent Lamp)及萤光灯(Fluorescent Lamp)乃致LCD背光常用的冷阴极管(Cold Cathode Fluorescent Lamp)正在快速被淘汰中。
LED的主流产品为白光照明，大部份的白光乃以蓝光的LED激发黄色的萤光粉产生假性的白光。LED的大宗生产乃以蓝宝石为基材外延磊晶生长GaN成为LED的芯片。生长的主要方法为金属有机化学气相沈积(Metal Organic Chemical Vapor Deposition 或MOCVD) 。 台湾拥有最多台的MOCVD设备，为世界LED晶粒产量第一的国家。但大陆已经急起直追，甚至提供每台MOCVD 补助人民币一千万元的优惠奖励 。
台湾主要的生产公司（晶电、灿圆、新世记等）都已在大陆设厂。另一方面，台湾光电产品的劲敌韩国（如Samsung）在２０１０年虽向台湾大量采购LED货源，但自己却也安装了两百多台的MOCVD。所以台湾MOCVD生产的LED其产能在2011年可能过剩，预期即将成无利可图的红海市场。台湾急需开发更高端的产品才能避免金融风暴后DRAM杀价竞争的复辙 (如表一~表四) 。
表一：世界最大产值的LED产品公司(2009)
参考：LED Inside
表二：世界最大芯片产量的LED 公司(2010)
参考：IMS Research, SEMI
表三、主要LED公司使用MOCVD的规模(2009)
参考︰Yuanta Research estimates
表四：世界最大产值公司PK世界最大产量公司的竞争优势
LED的专利网
台湾虽为LED制造王国，但就像其他的代工产业一样，LED专利受制于国外的大公司，每年必须缴付钜额的权利金。台湾出钱制造却为外国老板赚钱，而现在生产LED的技术更已大量外移大陆，这是台湾LED代工生态的悲哀。(如图1、2)
图1：LED 专利网
图2︰LED外国公司交互授权而边缘台湾代工产业的现状。然而这个劣势却可以让钻石科技中心发展的钻石专利逆转获胜(见下述)
LED的战国时代
提高LED性能的一种方法乃将电流由弯流改成顺流。由于蓝宝石基材不导电，LED正负两个电极乃设在同面。当电流通过GaN晶格时电流必须由垂直顺流改成水平横流，这样电流就会集中在内弯处，导致不能有效使用P-N接口的电子层和电洞层，因而减少了发光效率。更有甚者，电流集中之处会产生热点使晶格缺陷范围延伸，LED的亮度就会随缺陷扩大而递减。为了延长LED的寿命，输入的电流必须降低（如３５０mA），单位面积的发光亮度，就受到了限制。LED设计的主要设计有如下列诸图所示(如图3)
图3：LED芯片的主要设计示意
LED电流转弯的问题不能靠封装的设计(如复晶或Flip Chip)改善，把电流截弯取直才是正道，这样必须把电极置于LED磊晶的两侧。电流平顺就可以明显提升LED的亮度。除此之外，相同亮度的顺流LED使用的芯片面积较小，因此晶圆上切出的晶粒数目较多，也就是单颗LED的制造成本可能降低。尤其进者，电流转弯时若扩大芯片的面积会使LED发光更不均匀。但是顺流LED其发射的光子数目则会由发光面积的加大而提高。所以一颗以大电流(如1A)驱动大面积的顺流LED，其亮度会大于具有相同面积的多颗横流LED。(如图4)
LED的顺流制造
制造顺流式LED时乃将一导电体(如CuW)软銲(如Au-Sn)在GaN的正极(P-Type)面。其后以雷射(如波长248nm的KrF气体雷射)从反面透明的蓝宝石面照入，就可气化GaN成为Ga及N2，这样蓝宝石就可以和负极(N-Type)剥离分开了。(如图5)
雷射剥离蓝宝石基材后暴露出的GaN负极(如加入Si Dopant)在抛光后其导电率及透光率比正极(如加入Mg Dopant)要高，因此不需镀上会吸光的ITO层做为电流散布层(Current Spreading Layer)就可在其上的部份镀上电极而制成LED光源。
CREE以半导体SiC磊晶基材生长GaN，在蒸镀反射层(如银)后软銲(Solder)导电的矽晶制成所谓的“垂直式”LED。这种间接制程不仅可将昂贵的SiC基材以雷射剥离收回再用，垂直LED也能加大芯片(电流)及减少亮度衰减。国内的晶电也以矽晶软銲在GaN晶圆上，而灿圆则以GuW合金软銲在GaN 的芯片上。旭明光电则以电镀金属(如Ni、Co、Cu)直接披复在GaN的晶圆上。然而软銲可能局部接合不良以致若干GaN芯片(Die)在切割(Dicing)后发光不亮。另一方面，不以软銲接合而以电镀沈积的接口结合强度不高，更有甚者，金属膨胀后可能自GaN表面剥离。有鑑于此，本文叙述一种新的垂直LED设计，乃采用“似钻膜”Diamond Like Carbon (DLC)为半导体和金属体的接口，不仅可避免软銲造成制造良率问题，也能舒解两种回异材料之间的应力。除此之外，DLC的热传导比铜快许多，因此以DLC为接口，可加速移除LED发光时产生的废热，而可能大幅延长使用寿命。
接口应力的问题
半导体(如GaN)和金属(如Ni-Cu)的接口极其脆弱。合金的热膨胀系数远大于GaN，在高电流密度下的温度较高处其接口应力会迅速上升。尤其在启动LED的瞬间电流自接口电阻最低处汇流时可能会产生爆点。除此之外，GaN晶格为六方晶系的würtzite结构，因此具有压电效应，界面应力产生的即时电场可以扰乱了LED内的电流分布。不仅如此，金属基材即使不自接口剥离，其膨胀也可能撑裂缺陷的某中区，以致在GaN内部产生更大的缺陷，加大的缺陷会形成微小的热点而造成光度衰淢的恶性循环。LED的电光效应因接口的疲劳会在数千小时后迅速降低。(如图6~7)
图6：各种材料的热传导率及热膨胀率的比较。图示钻石和铜的复合材料或“似钻膜”(DLC)不仅有较高的热传导率，也具有可调节的热膨胀率，因此能降低垂直LED的接口应力及加快散出电光效应产生的废热。
图7：LED寿命随接口应力加大而缩短的示意图。加大电流后寿命更会急遽衰减。
雷射剥离前磊晶的正极(P Type)需镀上一层反射金属(如银)，再接上一个导电的支撑体。 若支撑体为合金，半导体和
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