[發(fā)明專利]一種提高大功率LED芯片出光效率的方法

無效

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• 申請日: 2007-01-23
• 公開（公告）號: CN101232062A
• 公開（公告）日: 2008-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳中林;徐華斌;陳林;劉傳先
• 申請（專利權(quán)）人: 上海第二工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所
• 代理人: 寧芝華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大功率LED芯片的制造技術(shù)，具體涉及一種提高大功率LED芯片出光效率的方法。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的不斷進(jìn)步和新型材料的開發(fā)及應(yīng)用，GaN基藍(lán)色發(fā)光二極管技術(shù)趨于成熟，使得采用藍(lán)光LED芯片加黃色熒光粉的白光LED固體光源的性能不斷完善并進(jìn)入實(shí)用階段，目前白光LED的發(fā)光效率已做到50lm/W，與傳統(tǒng)的白熾燈的光效10lm/W相比，大功率白光LED的發(fā)光效率是其5倍，但與熒光燈90lm/W的光效相比，還有一定差距，這主要是藍(lán)光LED芯片取光效率不高的原因。大功率LED的發(fā)光效率包括內(nèi)量子效率和外量子效率，內(nèi)量子效率為有源層中電子與空穴復(fù)合時的發(fā)光效率，外量子效率為發(fā)光層所發(fā)出的光從芯片表面出射的效率。目前大功率LED的內(nèi)量子效率已經(jīng)很高，達(dá)到90％以上，但由于GaN這種材料本身的的折射率比較高，有源層所發(fā)出的光在芯片的表面有不少被該表面反射和全反射，因此外量子效率比較低，而且被反射回來的光穿越有源層后又會被吸收并產(chǎn)生熱，這樣影響了芯片的發(fā)光效率和整體性能的提高。在先技術(shù)中，為了提高大功率LED的外量子效率，采用在GaN表面通過激光表面粗化及激光剝離襯底(參見張國義等人發(fā)表的“固態(tài)照明光源的基石-氮化鎵基白光發(fā)光二極管”，《物理學(xué)與高新技術(shù)》，第33卷，第11期，2004.11)的方法，但這些提高大功率LED外量子效率的方法都未能解決芯片高折射率材料GaN與周圍低折射率封裝材料所形成界面的菲涅爾反射而影響取光效率的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種提高大功率LED芯片出光效率的方法，克服已有技術(shù)從芯片有源層發(fā)出的光在其出光面存在較大反射，外量子效率比較低，被GaN表面反射回去的光還會穿越有源層并被其吸收，使芯片發(fā)熱量增加，溫度升高，降低電子-空穴的復(fù)合幾率，降低芯片的內(nèi)量子效率，影響芯片的整體性能等缺點(diǎn)。

為了克服在先技術(shù)的不足，本發(fā)明的技術(shù)方案是：采用鍍膜的方法，在芯片出光的GaN表面鍍上一層對芯片發(fā)光波長的增透膜，減少表面的反射，以提高芯片的出光效率。所鍍上的增透膜的增透波長與芯片有源層發(fā)出的光波長一致，增透膜兩邊的介質(zhì)為GaN和外面填充的封裝材料，由于芯片的發(fā)光波長隨溫度的升高會向長波方向移動，因此所鍍增透膜需有3-5納米的帶寬，以防芯片溫度升高所引起的波長失配。

一種提高大功率LED芯片出光效率的方法，LED芯片包括：藍(lán)寶石襯底、GaN晶體、有源層、LED芯片的結(jié)構(gòu)是：在藍(lán)寶石襯底上連接中間含有源層的GaN晶體，其特征在于：在GaN晶體的表面和側(cè)面鍍上對輸出波長增透的增透膜。

所述的增透膜對應(yīng)的增透波長應(yīng)與芯片有源層所發(fā)出的光的波長一致，而且增透膜需有3-5納米的帶寬，以防芯片溫度升高所引起的波長失配。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：在芯片出光的GaN表面鍍上一層增透膜，從芯片有源層發(fā)出的光透過GaN晶體入射到GaN晶體與增透膜的界面上，以95％以上的透過率穿過該界面而穿透出來，減少表面的反射，提高芯片的外量子效率；同時減少被GaN表面反射回去的光，提高內(nèi)量子效率；與在先技術(shù)相比，可以提高10％左右的出光效率，具有較高的使用價值。

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

附圖說明

圖1：未鍍膜的GaN基大功率LED芯片結(jié)構(gòu)圖；

圖2：鍍膜的GaN基大功率LED芯片結(jié)構(gòu)圖。

1.藍(lán)寶石襯底，2.GaN，3.有源層，4.增透膜，5.光束。

具體實(shí)施方式

圖1是未鍍膜的GaN基大功率LED芯片結(jié)構(gòu)圖，由于從芯片有源層發(fā)出的光在其出光面存在較大反射，外量子效率比較低，被GaN表面反射回去的光還會穿越有源層并被其吸收，使芯片發(fā)熱量增加，溫度升高，降低電子-空穴的復(fù)合幾率，降低芯片的內(nèi)量子效率，影響了芯片的整體性能。

本發(fā)明一種提高大功率LED芯片出光效率的方法，如圖2所示，LED芯片包括：藍(lán)寶石襯底1、GaN晶體2、有源層3、LED芯片的結(jié)構(gòu)是：在藍(lán)寶石襯底1上生長中間含有源層3的GaN晶體2，再在GaN晶體2的表面和側(cè)面鍍上對輸出波長增透的增透膜4，從芯片有源層3發(fā)出的光透過GaN晶體2入射到GaN晶體與增透膜4的界面上，以95％以上的透過率穿過該界面而穿透出來。

所述的增透膜所對應(yīng)的增透波長應(yīng)與芯片有源層所發(fā)出的光的波長一致，而且增透膜需有3-5納米的帶寬，以防芯片溫度升高所引起的波長失配。

鍍膜的方法是：把1mm×1mm藍(lán)光GaN芯片用導(dǎo)熱系數(shù)較高的銀膠固定在大功率LED專用支架上，用超聲波金絲球焊機(jī)把芯片的正負(fù)極用1.0mil的金線分別連接到支架的正負(fù)極引線上，芯片的GaN表面朝上，然后放在真空鍍膜機(jī)中鍍增透膜，鍍膜時的溫度不高于150℃，以防止損壞芯片的電氣和固定連接，然后用透明導(dǎo)熱硅膠對該芯片進(jìn)行封裝。