[實用新型]大功率倒裝陣列LED芯片

有效

• 申請號: 201120399059.4
• 申請日: 2011-10-19
• 公開（公告）號: CN202332853U
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 鄧朝勇;楊利忠;李緒誠;張榮芬;許鋮
• 申請（專利權）人: 貴州大學
• 主分類號: H01L27/15
• 分類號: H01L27/15;H01L33/64
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所 52100
• 代理人: 吳無懼

技術領域

本實用新型涉及一種倒裝陣列LED芯片，尤其涉及一種包括多量子阱有源區的GaN基倒裝陣列藍光LED芯片結構。

背景技術

白光LED具有亮度高、節能環保等優點，已經成為最有潛力的照明光源之一。白光LED的能耗僅為白熾燈的1/8，熒光燈的1/2，其壽命可長達10萬小時。這對普通家庭明來說可謂“一勞永逸”，同時還可實現無汞化，回收容易等優點，對環境保護和節約能源具有重要意義。

目前制備大功率白光LED的方法主要是在藍色或近紫外LED芯片上涂覆黃色熒光粉，通過混色得到白光。這種通過藍光LED的得到白光的方法，構造簡單、成本低廉、技術成熟度高，因此運用廣泛。大多數5W以上的大功率白光LED是由大功率的藍光LED芯片制成的。所以制造大功率藍光LED芯片是制作大功率白光LED的基礎。

但是，目前光取出效率低和散熱能力差是大功率LED面臨的主要技術瓶頸。傳統結構的LED芯片光取出效率低主要受以下幾個因素的影響：1）材料本身對光的吸收；2）p電極上鍵合焊點和引線對光的遮擋；3）材料的折射率不同，在界面上發生反射，而導致光不易從高折射率的GaN材料傳至低折射率的外圍空氣。4）電流分布不均勻。在p電極下的部分電流密度大，發光強，老化快。而在p電極以外的區域電流密度小，發光弱，老化慢。

大功率LED一般工作在350mA電流下，散熱對LED器件的性能和壽命至關重要。pn結的工作溫度一般在110-120℃之間，但在設計中，應當考慮長期工作的情況下，pn結盡量保持在100℃左右，溫度每升高10℃，光通量就會衰減1%，LED的發光波長就會漂移1-2nm。如果不能將芯片產生的熱量及時的散出，將無法獲得穩定的光輸出和維持正常的器件壽命。對于GaN基的LED，其有源層在中心位置，遠離散熱體，藍寶石襯底也是熱的不良導體，散熱的問題將更為嚴重。

發明內容

本實用新型要解決的技術問題是，提供一種大功率倒裝陣列LED芯片，能夠有效提高大功率藍光LED倒裝芯片的發光效率和散熱能力，以克服現有技術存在的發光效率低、散熱差等不足。

本實用新型的大功率倒裝陣列LED芯片包括襯底、n型半導體層、有源層、p型半導體層、電極層、絕緣層、外接金屬層和鈍化層，陣列LED芯片是由多個陣列單元構成陣列，其中相鄰陣列單元都共用一個n型半導體層；所述陣列單元是藍寶石襯底上方依次覆蓋n型緩沖層、n型半導體層、有源層、p型半導體層、透明電極層、p電極層；相鄰兩個陣列單元之間是n電極；并且n電極和p電極層由絕緣層包覆；在絕緣層包覆的p電極層窗口上方覆蓋外接金屬散熱層；且在外接金屬散熱層表面還有鈍化層。

藍寶石襯底的出光面處理為粗超化表面。

倒裝LED芯片的n型半導體層和p型半導體層是由GaN、GaAs或AlGaN等半導體材料構成；其中n型層摻入的雜質是Si等材料，p型層摻入的雜質是Mg等材料。

倒裝陣列LED芯片的有源層是單層的InGaN，或者是多層的InGaN層和GaN層，形成多量子阱層。

所有芯片陣列單元的n型半導體層是連通的，并且相鄰兩個陣列單元共用位于其間的n電極；n電極的材料包括Cu、Ti、Al、Ni或Au金屬，采用其中單一金屬或組合金屬。

p電極層采用金屬Ag或Al，并且完全覆蓋每一個陣列單元的透明電極層；

外接金屬散熱層的材料包括Cu、Ti、Al、Ni或Au金屬，采用其中單一金屬或組合金屬。

絕緣層和鈍化層是由SiOx、SiNx或SiOxNy絕緣材料構成。

透明電極層采用金屬薄膜Ni/Au或氧化銦錫（ITO）制作。

該芯片與傳統LED芯片相比，既可以增大發光面積，改善發光效率，又能夠很好的改善芯片的散熱。

調整有源層結構（如多個材料的量子阱形成復合量子阱）及材料組分（調整摻雜濃度改變發光波長）可以發多種顏色光，本實用新型也涵蓋了這一LED芯片范疇。

本實用新型以上所述內容，僅給出了實現本實用新型的一種實施方案，但此方案和方案中的芯片結構以及工藝條件可以改變的，這種改變不脫離本實用新型的思想及范圍，對本領域人員自己明了的所有變更應當包含在所述權利要求范圍內。

附圖說明

圖1為本實用新型的制造工藝流程圖；?

圖2為藍寶石Al₂O₃(0001)面襯底上外延生長n-GaN層、n⁺-GaN層、有源層、p-GaN層、透明電極和Ag/Al金屬電極后的截面的圖；