[發(fā)明專利]一種適合單色光LED晶元級封裝的器件結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610105024.2
• 申請日: 2016-02-25
• 公開（公告）號: CN107123713B
• 公開（公告）日: 2019-12-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郝茂盛;張楠;袁根如
• 申請（專利權(quán)）人: 上海芯元基半導(dǎo)體科技有限公司
• 主分類號: H01L33/02
• 分類號: H01L33/02;H01L33/46;H01L33/22
• 代理公司: 31219 上海光華專利事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 唐棉棉

本發(fā)明提供一種適合單色光LED晶元級封裝的器件結(jié)構(gòu)，所述器件結(jié)構(gòu)至少包括：透明襯底、鍵合在所述透明襯底上表面的薄膜倒裝結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片以及依次覆蓋在所述透明襯底和倒裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片側(cè)面的第一反射鏡和鈍化層。所述透明襯底加工成易于出光的梯形結(jié)構(gòu)，在透明襯底的下表面具有微觀透鏡陣列或者V型槽等易于出光的結(jié)構(gòu)。薄膜倒裝發(fā)光二極管芯片的N型半導(dǎo)體層表面具有微觀錐形的粗化結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)鍵合在透明襯底上表面，使得LED芯片所發(fā)出的光易于進(jìn)入透明襯底。第一反射鏡和薄膜倒裝芯片P型層表面的反射鏡形成梯形狀的反射杯，使芯片發(fā)出的單色光完全從N型半導(dǎo)體層表面進(jìn)入透明襯底，再從透明襯底具有易于出光的結(jié)構(gòu)的下表面出射至空氣。采用折射率適中的透明襯底材料，可以大大減少光直接從氮化鎵到空氣的全反射，增加了器件的出光效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及LED技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種適合單色光LED晶元級封裝的器件結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

發(fā)光二極管具有體積小、效率高和壽命長等優(yōu)點,在交通指示、戶外全色顯示等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。尤其是利用大功率發(fā)光二極管可能實現(xiàn)半導(dǎo)體固態(tài)照明，引起人類照明史的革命,從而逐漸成為目前電子學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。LED的光提取效率是指出射到器件外可供利用的光子與外延片的有源區(qū)由電子空穴復(fù)合所產(chǎn)生的光子的比例。在傳統(tǒng)LED器件中，由于襯底吸收、電極阻擋、出光面的全反射等因素的存在，光提取效率通常不到10％，絕大部分光子被限制在器件內(nèi)部無法出射而轉(zhuǎn)變成熱，成為影響器件可靠性的不良因素。為提高光提取效率，使得器件體內(nèi)產(chǎn)生的光子更多地反射到體外，并改善器件內(nèi)部熱特性，經(jīng)過多年的研究和實踐，人們已經(jīng)提出了多種光提取效率提高的方法，比如電流分布與電流擴(kuò)展結(jié)構(gòu)、芯片形狀幾何化結(jié)構(gòu)、表面微觀出光結(jié)構(gòu)等。

通常LED的芯片結(jié)構(gòu)為在碳化硅、硅、藍(lán)寶石(主要成分是Al₂O₃)等襯底上依次外延了N型半導(dǎo)體層、有源層、P型半導(dǎo)體層的構(gòu)造。另外，在P型半導(dǎo)體層上配置有P電極，在N型半導(dǎo)體層上配置有N電極。最終的芯片可以是正裝結(jié)構(gòu)、倒裝結(jié)構(gòu)、垂直結(jié)構(gòu)等。目前較為常用的是倒裝結(jié)構(gòu)的LED器件，出光面為藍(lán)寶石生長襯底，但是藍(lán)寶石生長襯底的透光率(300nm～700nm)小于80％，很大一部分光被藍(lán)寶石生長襯底吸收，并且藍(lán)寶石襯底的導(dǎo)熱性也較差，散熱不好，因此LED襯底材料需要改善。另外，現(xiàn)有的LED結(jié)構(gòu)的光側(cè)漏也較為嚴(yán)重，導(dǎo)致出光效率降低。

如附圖1所示，傳統(tǒng)的LED封裝器件采用硅膠將芯片完全包裹，以防止芯片受到自然環(huán)境影響而失效，主要有以下幾個缺點:1:采用金球焊線工藝,電流擴(kuò)展不均勻,器件會由于芯片發(fā)熱不均勻而失效；2：芯片的出光面為藍(lán)寶石襯底面(倒裝芯片)或者P型半導(dǎo)體生長層,芯片的出光面不易加工出易于出光的微觀出光結(jié)構(gòu)；3:器件的出光面為硅膠、不容易加工成有助于出光的微觀出光結(jié)構(gòu)，整體芯片的光效不高；4：光的出射路徑經(jīng)由有源層、N型半導(dǎo)體生長層、藍(lán)寶石襯底、硅膠，出光介質(zhì)的折射率分別為2.5、2.5、1.7、1.5，且硅膠的透光率較低(可見光范圍：80％)，因此，封裝后，降低了器件的光效；

因此，如何突破現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)一步提高芯片良品率、提高芯片的散熱能力、提高出光率，仍然是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)課題。

本發(fā)明中所述的LED器件采用密封性更好的透明襯底將芯片完全包裹，進(jìn)一步降低了器件受自然因素影響而導(dǎo)致的失效，具有以下特征：1：芯片采用薄膜倒裝結(jié)構(gòu)芯片，在器件封裝時可采用回流焊工藝進(jìn)行封裝，減少了封裝焊線的同時，由于增大了器件電極的接觸面積，更加有利于電流均勻擴(kuò)展；2：芯片的出光面為容易采用濕法工藝獲得微觀出光結(jié)構(gòu)陣列的N型半導(dǎo)體生長層、使芯片的光效進(jìn)一步提升；3：器件的出光面為易于加工成微透鏡陣列結(jié)構(gòu)或者縱橫交錯排布的V型槽結(jié)構(gòu)的透明襯底、進(jìn)一步提高器件的光效；4：光的出射路徑經(jīng)由有源層、粗化的N型半導(dǎo)體生長層、具有微觀出光結(jié)構(gòu)的、高透光率的(90％以上)透明襯底，出光介質(zhì)的折射率分別為2.5、2.5、1.5，且減少了硅膠對光的吸收，使整體器件的性能進(jìn)一步得到提升。

發(fā)明內(nèi)容