[實(shí)用新型]一種生長(zhǎng)在熒光材料與藍(lán)寶石復(fù)合襯底上的LED芯片

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202120455611.0
• 申請(qǐng)日: 2021-02-25
• 公開（公告）號(hào): CN215527747U
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊柳;文波;盛芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州西晨科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L33/06
• 分類號(hào): H01L33/06;H01L33/32;H01L33/50;H01L33/64
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本實(shí)用新型提出的一種生長(zhǎng)在熒光材料與藍(lán)寶石復(fù)合襯底上的LED芯片，其特征是，包括依次設(shè)置的熒光材料與藍(lán)寶石復(fù)合襯底，在復(fù)合襯底的藍(lán)寶石一側(cè)的GaN過(guò)渡層，n?GaN層，多層量子井結(jié)構(gòu)的發(fā)光層GaN/InGaN，p?GaN層，以及陽(yáng)極和陰極。由于芯片直接生長(zhǎng)在熒光材料與藍(lán)寶石復(fù)合襯底之上，而具有良好導(dǎo)熱性和優(yōu)異耐熱性的陶瓷熒光材料層直接與芯片發(fā)光面無(wú)縫隙接觸，芯片和熒光材料的導(dǎo)熱和散熱環(huán)境都得到顯著的改善，從而提高芯片整體的發(fā)光性能和使用壽命。同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了在晶圓制造過(guò)程中完成熒光膜的封裝，顯著降低了后期的封裝成本，提高了同一晶圓中每顆芯片品質(zhì)的一致性。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種LED芯片的設(shè)計(jì)，應(yīng)用于LED照明和顯示領(lǐng)域。

背景技術(shù)

LED將電能轉(zhuǎn)換成光能，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于照明、顯示、傳感、通訊等眾多領(lǐng)域。在其應(yīng)用范圍和規(guī)模不斷擴(kuò)大的同時(shí)，人們對(duì)其性能和成本的要求也越來(lái)越高。為了滿足這些需求，LED芯片技術(shù)正朝著微型化、高功率、低成本的方向發(fā)展。隨著單顆LED芯片的尺寸越來(lái)越小、功率密度越來(lái)越大，如何保證芯片在工作狀態(tài)下產(chǎn)生更小的熱量、更有效地及時(shí)地散發(fā)所產(chǎn)生的熱量以保證其電光轉(zhuǎn)換效率和可靠性，成為越來(lái)越嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。

典型的LED芯片，例如藍(lán)光LED芯片，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。在藍(lán)寶石襯底101上依次生長(zhǎng)GaN過(guò)渡層102，N-GaN層103、多層量子井結(jié)構(gòu)的發(fā)光層GaN/GaInN 104、p-GaN層105、以及陽(yáng)極層106和陰極層107。芯片從晶圓是切割成單顆后轉(zhuǎn)移到散熱襯底(submount)108上，芯片與襯底的電連接依靠引線結(jié)合(wire bonding)。為了讓從LED芯片發(fā)出的藍(lán)光轉(zhuǎn)換成白光，由熒光粉和樹脂混合而成的熒光膠涂覆于LED芯片出光面105。

圖1所示的這種上面發(fā)光的LED芯片結(jié)構(gòu)需要通過(guò)引線結(jié)合把芯片的電極連接到散熱襯底上，不僅工序復(fù)雜，而且也會(huì)引起長(zhǎng)期使用過(guò)程中的可靠性問(wèn)題。芯片與散熱襯底的導(dǎo)熱問(wèn)題也嚴(yán)重影響到芯片在工作狀態(tài)下產(chǎn)生的熱量得到及時(shí)的導(dǎo)出。p-電極設(shè)計(jì)在發(fā)光面上也導(dǎo)致總的光輸出受到一部分損失。上面這些問(wèn)題對(duì)大功率芯片尤其嚴(yán)重。為解決上述這些問(wèn)題，如圖2所示的倒裝LED芯片設(shè)計(jì)被提出并開始得到越來(lái)越廣泛的采用。如圖2所示，這種結(jié)構(gòu)的芯片，出光面是與藍(lán)寶石襯底直接接觸的n-GaN的表面，通過(guò)透明的藍(lán)寶石襯底向外輸出。而芯片的電極與散熱襯底的電接觸不再采用引線結(jié)合，而采用直接焊接的方法，解決了由于引線結(jié)合引起的可靠性問(wèn)題。

但是，發(fā)光面熒光薄膜仍然由熒光粉和有機(jī)樹脂混合而成。由于樹脂極差的導(dǎo)熱性和耐熱性，熒光薄膜的散熱不良、轉(zhuǎn)換效率衰減和長(zhǎng)期使用過(guò)程中的可靠性等問(wèn)題依然存在。盡管開始采用用由熒光材料單獨(dú)或其與玻璃混合直接燒結(jié)的熒光片代替熒光粉和樹脂制成的熒光膜，旨在改善芯片和熒光薄膜的散熱和耐熱，但由于熒光片與芯片發(fā)光面的粘結(jié)是通過(guò)有機(jī)透明膠實(shí)現(xiàn)的，上面的問(wèn)題仍然存在。而且，與熒光粉/樹脂熒光膜一樣，熒光膜片的粘貼仍然是在晶圓切割成單科芯片以后，一顆一顆芯片進(jìn)行的，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)工，也難以保證每顆芯片的一致性。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提出了一種直接生長(zhǎng)在熒光材料藍(lán)寶石復(fù)合襯底上的LED 芯片。

本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的：

本實(shí)用新型提出的LED芯片，如圖3所示意，包括依次設(shè)置的熒光材料與藍(lán)寶石復(fù)合襯底301，復(fù)合襯底的藍(lán)寶石一側(cè)的GaN過(guò)渡層302，n-GaN層303，多層量子井結(jié)構(gòu)的發(fā)光層GaN/InGaN 304，p-GaN 層305，以及陽(yáng)極306和陰極307。由于芯片直接生長(zhǎng)在熒光材料與藍(lán)寶石復(fù)合襯底301之上，而具有良好導(dǎo)熱性和優(yōu)異耐熱性的陶瓷熒光材料層直接與芯片發(fā)光面無(wú)縫隙接觸，芯片和熒光材料的導(dǎo)熱和散熱環(huán)境都得到顯著的改善，從而提高芯片整體的發(fā)光性能和使用壽命。同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了在晶圓制造過(guò)程中完成熒光膜的封裝，顯著降低了后期的封裝成本，提高了同一晶圓中每顆芯片品質(zhì)的一致性。