[發明專利]一種集成石墨烯溫度傳感的LED器件及其制造方法

有效

• 申請號: 201510308515.2
• 申請日: 2015-06-05
• 公開（公告）號: CN105023858B
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發明（設計）人: 周玉剛;李家明;張榮
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66;H01L25/00;H01L33/60;H01L33/64
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

本發明公布了一種集成石墨烯溫度傳感的LED器件及其制造方法，該器件在芯片上包含LED發光器件和溫度傳感器件。溫度傳感器件是一種石墨烯器件。LED發光器件和溫度傳感器件采用背對背的上下堆疊結構，上方是LED發光器件，下方是溫度傳感器件。可以通過測量溫度傳感器件中石墨烯薄膜電阻隨溫度的變化監測LED發光器件的結溫。本發明提供的集成石墨烯溫度傳感LED器件不僅能夠實時、準確、穩定的反映LED器件的結溫，而且能夠有效的提高LED發光器件的出光率和改善整個器件的散熱。

技術領域

本發明涉及一種發光器件和制作方法，尤其是涉及一種集成石墨烯溫度傳感的LED發光器件及其制造方法。

背景技術

發光二極管(light-emitting-diode，LED)是新一代固態照明冷光源，其能效高、壽命長、電壓低、結構簡單、體積小、重量輕、響應速度快、抗震性能好和光譜全彩等特點，使得它在背光燈、顯示、交通指示燈和室內照明等各種場合得到了廣泛的應用。尤其是在通用照明方面，LED比傳統光源具有明顯的優勢，將成為下一代照明光源。

隨著LED的應用不斷普及，LED的可靠性問題是一直制約其發展的重要因素，尤其是與LED亮度和壽命息息相關的結溫測量問題。

與傳統的熱輻射光源不同，LED是一種電致發光器件，它直接將電能轉換為光能。但是對于目前技術成熟的功率型LED，其電光轉換效率只有30％左右，其余70％左右的能量全部轉換成熱能，致使LED的結溫升高。結溫的升高，會導致半導體缺陷增殖加速和封裝材料退化等問題，從而導致器件的光電特性不斷的變化和衰減。通過對結溫的實時監測，有利于更加準確地分析LED失效現象和機理，改進LED可靠性，以及監控防護使用不當導致的結溫過高，有利于提高LED的壽命和可靠性。

現有技術一般采用測量封裝或者燈具中特定位置的外部溫度傳感器來反饋LED的工作溫度。如授權公告號為CN203118989U的專利公開了一種實現結溫可控的LED封裝方法。在該專利中，在LED芯片附近封裝透鏡內部放置一個溫度傳感器實現溫度反饋。但是由于受封裝的散熱條件影響，所測量的溫度不是LED結處實際的溫度(實際結溫會更高)。由于熱傳輸需要一定的時間，外部溫度傳感器也不能實時反映此時的LED芯片結溫。另一種已知技術是在以LED自身作為溫度傳感器，通過正常驅動電流下或者小電流下監測到的正向電壓反映結溫大小。然而，在正常驅動電流下，LED會產生自熱效應，這將影響溫度測量精度；在小電流驅動下，由于在LED工作狀態和測試狀態轉換過程中，結溫快速降低，這也將影響溫度測量的準確度。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點與不足，本發明提供了一種集成石墨烯溫度傳感的LED器件。

同時，本發明還提供了所述集成石墨烯溫度傳感的LED器件的制造方法。

一種集成石墨烯溫度傳感的LED器件在芯片上包含LED發光器件和溫度傳感器件；該溫度傳感器件是一種石墨烯器件。

所述LED發光器件和溫度傳感器件采用背對背的上下堆疊結構，上方是具有正裝芯片結構的LED發光器件，下方是溫度傳感器件；溫度傳感器件下表面固定在散熱基板上并且其電極與基板上的布線電性連接。

所述溫度傳感器件的結構包括石墨烯薄膜、兩個或多個金屬薄膜電極。

所述LED發光器件的襯底為絕緣或高阻材料，包括藍寶石或碳化硅。

所述石墨烯薄膜的層數包括一層、二層或多層中的一種。

所述金屬薄膜電極材料包括Pt、Al、Ag、Ni、Ti、Au中的一種或其組合。

所述兩金屬薄膜電極的間隔寬度遠小于芯片的寬度，優選為10-100μm。

一種集成石墨烯溫度傳感的LED器件制作方法包括如下步驟：

在襯底上制備LED發光器件；