[發明專利]平衡熱場分布的超大功率光電器件

有效

• 申請號: 201310237619.X
• 申請日: 2013-06-17
• 公開（公告）號: CN103296181A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 王瑋;蔡勇;張寶順
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01L33/54
• 分類號: H01L33/54;H01L33/64
• 代理公司: 蘇州慧通知識產權代理事務所(普通合伙) 32239
• 代理人: 丁秀華

技術領域

本發明涉及一種大功率半導體光電器件，尤其涉及一種平衡熱場分布的超大功率光電器件，屬于半導體光電技術領域。

背景技術

光電器件是指光能和電能相互轉換的一類器件。其種類眾多，如：發光二極管(LED)、太陽能電池、光電探測器、激光器(LD)等等。LED以其固有的特點，如省電、壽命長、耐震動，響應速度快、冷光源等特點，廣泛應用于各種照明等領域，但由于其亮度差、價格昂貴等條件的限制，無法作為通用光源推廣應用。近幾年來，隨著人們對半導體發光材料研究的不斷深入，LED制造工藝的不斷進步和新材料(氮化物晶體和熒光粉)的開發和應用，各種顏色的超高亮度LED取得了突破性進展，其發光效率提高了近1000倍，色度方面已實現了可見光波段的所有顏色，其中最重要的是超高亮度白光LED的出現。據國際權威機構預測，二十一世紀將進入以LED為代表的新型照明光源時代，被稱為第四代發光源。

目前，LED已經大量進入大屏幕顯示、裝飾照明、建筑照明、交通指示、LCD背光等市場，可是更大的市場在于普通照明，而LED還未能打入這個龐大市場。同時在熒光顯微鏡和投影儀市場中，LED所占的市場份額還很低，這是由于現在的LED還不能他們應用的要求造成的。普通照明、熒光顯微鏡以及投影儀需要大功率的LED產品，可是現在的大功率LED技術還不成熟，對于普通照明領域來說大功率LED制造成本還很昂貴。

在工業生產中，增加芯片面積能起到降低成本的作用，有利于產品的升級、換代，可是涉及到產品的可靠性問題，尤其是在大功率應用中的熱可靠性。如果不能有效控制芯片的可靠性，那么增加芯片面積就變得毫無意義，甚至導致生產成本驟增。以下簡單分析LED芯片的熱可靠性：一方面，LED的結溫隨電流的增大而上升；另一方面，電流隨溫度的上升，又以指數形式增大；這樣就形成了熱電正反饋。大功率器件的結溫通常在芯片內是不均勻分布的，某些區域的溫度較高，電流較大，在過激勵的情況下，這些溫度較高的區域，電流集中，導致該單胞越來越亮，而其他區域由于分到電流減少，亮度減少，芯片發光便不均勻，影響器件使用。更嚴重的是電流嚴重集中，由于熱電正反饋的作用，溫度進一步增加，成為熱斑，當溫度超過所能承受的結溫時，該處燒毀(熱崩)，進而導致整個芯片失效。器件芯片面積越大，溫度分布越不均勻，熱斑出現的概率越大，可靠性也會隨之下降。因此，提高熱可靠性是大面積、大功率LED器件的關鍵。

發明內容

鑒于現有技術的以上不足，本發明的目的在于提供一種平衡熱場分布的超大功率光電器件，以提高大功率光電器件的輸出特性和成品率。

為實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：

一種平衡熱場分布的超大功率光電器件，包括光電器件芯片，所述芯片的外延層包括彼此隔離的復數個單胞，該復數個單胞相互串聯或并聯，該復數個單胞中的至少兩個單胞相互并聯形成至少一個單胞組，并且該至少一個單胞組還與該復數個單胞中其余的一個以上單胞和/或一個以上單胞組串聯，其中，每一單胞組內的所有單胞均排布在一個矩形區域內，所述矩形區域的相對較短邊與相對較長邊的比值大于0.5，但小于或等于1，

而且，沿從芯片周緣部指向芯片中心的方向，相鄰單胞之間的間距遞增。

作為較為優選的實施方案之一，所述芯片包括依次串聯的復數個單胞組，每一單胞組包括兩個以上并聯設置的單胞。

作為較為優選的實施方案之一，該復數個單胞組沿設定的螺旋線形軌跡依次串聯。

作為較為優選的實施方案之一，該復數個單胞組排布在一個矩形區域內，所述矩形區域的相對較短邊與相對較長邊的比值大于0.5，但小于或等于1。

進一步的，每一單胞組內的每一單胞的正、負極均與該單胞組的正、負極互聯金屬電連接。

進一步的，任一單胞組的正、負極互聯金屬還均與相鄰單胞組的負、正極互聯金屬電連接。

進一步的，位于最上游的單胞組的正極互聯金屬和最下游的單胞組的負極互聯金屬還分別與芯片的陽極壓焊區和陰極壓焊區電連接，或者，位于最上游的單胞組的負極互聯金屬和最下游的單胞組的正極互聯金屬還分別與芯片的陰極壓焊區和陽極壓焊區電連接。

進一步的，所述平衡熱場分布的超大功率光電器件還可包含轉移基片，所述芯片通過倒裝焊形式與轉移基片結合。

所述轉移基片上分布有復數個互聯金屬組，每一單胞組的正、負極互聯金屬分別與轉移基片上對應互聯金屬組內的正、負互聯金屬電連接，并且，每一互聯金屬組內的正、負互聯金屬還分別與相鄰互聯金屬組內的負極、正極互聯金屬電連接，