大功率芯片技術專注于如何提升出光效率來提升芯片的發光效率，主要技術途徑和發展狀況闡述如下：

　　一：改變芯片外形的技術

　　當發射點處于球的中心處時，球形芯片可以獲得最佳的出光效率。改變芯片幾何形狀來提升出光效率的想法早在60年代就用于二極管芯片，但由于成本原因一直無法實用。在實際應用中，往往是制作特殊形狀的芯片來提高側向出光的利用效率，也可以在發光區底部(正面出光)或者外延層材料(背面出光)進行特殊的幾何規格設計，并在適當的區域涂覆高防反射層薄膜，來提高芯片的側向出光利用率。

　　1999年HP公司開發了倒金字塔形AlInGaP芯片并達到商用的目標，TIP結構減少了光在晶體內傳輸距離、減少了內反射和吸收(有源區吸收和自由截流子吸收等)引起的光損耗、芯片特性大幅度改善，發光效率達100流明/瓦(100mA，610nm)，外量子效率更達到55%(650nm)，而面朝下的倒裝結構使P-N結更接近熱沉，改善了散熱特性，提高了芯片壽命。

　　二：鍵合技術

　　AlGaInP和AlGaInN基二極管外延片所用的襯底分別為GaAs和藍寶石，它們的導熱性能都較差。為了更有效的散熱和降低結溫，可通過減薄襯底或去掉原來用于生長外延層的襯底，然后將外延層鍵合轉移倒導電和導熱性能良好熱導率大的襯底上，如銅、鋁、金錫合金、氮化鋁等。鍵合可用合金焊料如AuSn、PbSn、In等來完成。Si的熱導率比GaAs和藍寶石都好，而且易于加工，價格便宜，是功率型芯片的首選材料。

　　2001年，Cree推出的新一代XBTM系列背面出光的功率型芯片，其尺寸為0.9mmx0.9mm，頂部引線鍵合墊處于中央位置，采用"米"字形電極使注入電流能夠較為均勻的擴展，底部采用AuSn合金將芯片倒裝焊接在管殼底盤上，具有較低的熱阻，工作電流400mA時，波長405和470nm的輸出光功率分別為250mW和150mW。

　　三：倒裝芯片技術

　　AlGaInN基二極管外延片一般是生長在絕緣的藍寶石襯底上，歐姆接觸的P電極和N電極只能制備在外延表面的同一側，正面射出的光部分將被接觸電極所吸收和鍵合引線遮擋。造成光吸收更主要的因素是P型GaN層電導率較低，為滿足電流擴展的要求，覆蓋于外延層表面大部分的半透明NiAu歐姆接觸層的厚度應大于5-10nm，但是要使光吸收最小，則NiAu歐姆接觸層的厚度必須非常薄，這樣在透光率和擴展電阻率二者之間則要給以適當的折衷，折衷設計的結果必定使其功率轉換的提高受到了限制。

　　倒裝芯片技術可增大輸出功率、降低熱阻，使發光的pn結靠近熱沉，提高器件可靠性。2001年Lumileds報道了倒裝焊技術在大功率AlInGaN基芯片上的應用，避免了電極焊點和引線對出光效率的影響，改善了電流擴散性和散熱性，背反射膜的制備將傳向下方的光反射回出光的藍寶石一方，進一步提升出光效率，外量子效率達21%，功率換效率達20%(200mA，435nm)，最大功率達到400mW(驅動電流1A，435nm，芯片尺寸1mmx1mm)，其總體發光效率比正裝增加1.6倍。

　　四：全方位反射膜

　　除在鍵合界面制備金屬基反射層外，也可以通過外延技術生長具DBR層的AlInGaP和AlInGaN基芯片，但由于DBR反射率隨著入射角的增加迅速減少，以全方位平均仍有較高的光損耗，反射膜效率不高。

　　金屬基全方位反射膜可應用于正裝芯片也可應用于倒裝芯片。金屬基全方位反射膜可有效提升出光效率，但必須解決如何制備低阻歐姆接觸，高的全方位反射率，和在后續工藝過程中反射膜不會被損害而失去低阻高反射的特性等。

　　五：金屬鍵合剝離技術

　　美國惠普公司結合鍵合技術最早采用大襯底剝離技術將GaAs襯底與外延層剝離，然后將外延層粘接在透明的GaP襯底上制備AlInGaP基芯片，此項技術可以提高近2倍的發光效率。

　　1996年報道了用激光技術將2英寸HVPEGaN與藍寶石剝離，用Si(或金屬)襯底取代藍寶石襯底的AIGaInN功率型芯片主要由三個關鍵工藝步驟完成：①在外延表面淀積鍵合金屬層如Pd100nm，以及在鍵合底板上如Si底板表面淀積一層1000nm的銦；②將外延片低溫鍵合到底板上；③用KrF脈沖準分子激光器照射藍寶石底面，使藍寶石和GaN界面的GaN產生熱分解，再通過加熱(40度)使藍寶石脫離GaN。

　　2003年2月，德國OSRAM公司用激光技術將藍寶石去除，使芯片的出光效率提至75%，是傳統芯片的3倍。采用將芯片鍵合到Cu片上再激光剝離藍寶石襯底，可使散熱能力提高4倍，發光功率也提升4倍。

　　六：表面粗糙化

　　表面粗糙化主要是將那些滿足全反射定律的光改變方向，繼而在另一表面或反射回原表面時不被全反射而透過界面，并能起防反射的功能。表面粗糙通過散射光的方向減少內反射，但同時又不能損傷材料的電光特性。透射率的增加被認為是表面粗糙化的主要功能，優化的表面粗糙(430nm球狀起伏表面)可使出光效率可以達到54%。

　　德國Osram公司于2001年研制出新一代的AlInGaP基芯片，采用最新設計將芯片窗口層表面腐蝕成能夠提高出光效率的紋理結構，見圖2-10。芯片表面紋理的基本單元為具有斜面的三角形結構，光子的反射路線被封閉在這樣的結構之中，使有源層發出的光子能夠更有效地被取出。歐姆接觸電極的幾何圖形位于出光結構注入電流的部位，這樣可使注入電流更有效的擴展到有源區。外延片的布拉格反射層被設計成具有較寬的反射角度，這樣可使芯片背反射的大部分被覆蓋。采用這種紋理表面結構的AlInGaP基芯片可以獲得大于50%的外量子效率，芯片封裝后的功率轉換效率超過30流明/瓦，是常規AlInGaP基芯片(GaAs襯底)的2倍，與采用晶片鍵合技術的AlInGaP基芯片(GaP透明襯底)性能相當但工藝簡單成本低。紋理表面結構對光束角特性沒有影響，不僅可取代常規的方形芯片，而且還可以很容易按比例放大應用于功率型的大尺寸芯片，而晶片鍵合透明襯底的AlInGaP基芯片(GaP透明襯底)由于技術復雜只能應用于3英寸的GaAs襯底。在降低生產成本和實現產業化規模生產方面，紋理表面高效取光結構的AlInGaP基芯片(GaP透明襯底)具有廣闊的發展前景。

　　AlInGN基芯片也可通過把p-GaN表面粗化，提升出光效率，但直接粗化容易對有源層造成損傷，同時透明電極更難制備。目前通過改變外延片生長條件得到表面粗化是一個較為可行的工藝。1999年Fuji報道將AlInGaN基芯片鍵合到硅基板上，再用激光剝離法去除襯底，在n型GaN表面通過光致電化學法腐蝕形成有序的錐型形狀可以增加發光強度2.3倍。除表面粗糙外，芯片的側面粗糙也能進一步提升出光效率，表面粗糙的外量子效率22%，側面粗糙后可達31%。通過在ITO/NiOx上制備有規則紋理結構(3mmx3mm)可以使芯片發光功率從6.1mW提升到7.1mW。P型GaN表面的微觀粗糙(金屬納米束沉積輔助以濕法腐蝕)可增加出光效率62%。采用表面粗糙化加背面反射膜結構，外量子效率可達40%。

　　七：微芯片陣列

　　微芯片陣列可以增加發光效率，其原理尚不清楚。有人認為是應力釋放導致介電電場的減弱，提升了芯片的內量子效率，也有人認為是微芯片陣列提高了外量子效率。外量子效率的提升得益于微芯片陣列中芯片周邊面積的增加，一般微芯片直徑約10μm，芯片厚度約1μm，芯片表面積與周邊面積之比可達1：1.4，顯然芯片周邊面積提供了更多的出光表面積。微芯片陣列可以增加出光效率，倒裝后從藍寶石的出光效率可進一步通過在藍寶石上制備微透鏡提高每一顆微芯片的出光效率，采用ICP法在藍寶石上制備與微芯片相對集成在一個器件上的微凹透鏡，與平坦藍寶石表面相比，微透鏡可增加出光強度約30%。

　　八：光子晶體

　　淺二維表面柵格光子晶體可避免對有源區的損傷和在光子晶體制備過程導入太多表面損傷，引發內量子效率的下降，同時又能發揮光子晶體的衍射，改變光的入射角而提升出光效率1.7-2.7倍，制作過程涉及電子束光刻和刻蝕工藝制備晶格常數級大小的柵格幾何結構。