CN104733584A

CN104733584A - 一种多出光面、高光亮度、三维立体led半导体芯片

Info

Publication number: CN104733584A
Application number: CN201310692563.7A
Authority: CN
Inventors: 刘玉德; 高大鹏; 张家亮
Original assignee: Shandong Lu Xin Noble Metal Co Ltd
Current assignee: Shandong Lu Xin Noble Metal Co Ltd
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2015-06-24

Abstract

一种半导体照明器件，具有独特三维结构，能够提供大的发光面、高亮度和高出光率的LED芯片。通过向下刻蚀半导体硅，外延生长后为独特三维立体结构（半球形）的LED芯片，大大增加了发光面积，提高了照明亮度;电镀了铜基底及银反射层，增强了散热并加大了出光率。

Description

一种多出光面、高光亮度、三维立体LED半导体芯片

技术领域

本发明涉及一种半导体照明器件（LED），具有多出光面、高光亮度、独特三维立体结构，能够实现高出光率的LED芯片。

背景技术

目前，LED外延芯片的生产工艺基本采用蓝宝石（Al₂O₃）或碳化硅（SiC）衬底材料，晶圆尺寸为2英寸或4英寸（2＂/4＂），应用金属有机化合物化学气相沉淀（简称“MOCVD”）的方式，以Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机化合物和V、Ⅵ族元素的氢化物等作为晶体生长源材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延生长，平面逐层生成GaN和InGaN量子阱，最终形成LED外延芯片。GaN基LED芯片按结构不同基本分为三种：正装结构、倒装结构和垂直结构。正装和倒装结构散热效果差，垂直结构则需要激光剥离蓝宝石衬底，但目前使用的剥离技术控制困难，难以获得较高的良品率，导致成本增加，并且大尺寸的蓝宝石衬底价格高，数量少，不利于器件的长久发展；SiC同样存在硬度高且成本昂贵等缺陷。最重要的是传统LED芯片受平面结构限制，发光面积单一，光效低，这大大限制了芯片未来的发展，不利于降低生产成本。

发明内容

传统LED芯片发光面积小，光效低和散热效果不佳，并且目前日本日亚公司垄断了蓝宝石衬底上GaN基LED专利技术，美国CREE公司垄断了SiC衬底上GaN基LED专利技术，为突破这几个发展瓶颈，我司研发的多出光面、高光亮度、独特三维立体结构LED芯片采用了大尺寸半导体硅（8英寸）作为衬底材料，不再依赖传统的蓝宝石（Al₂O₃）或碳化硅（SiC）衬底材料，生产出具有立体架构的三维芯片(“半球形”)，大大增加了芯片的发光面积和照明能力，提高了原材料的利用率，让照明灯具设计人员减少所需的LED器件数目，优化了灯具内部结构，降低了生产成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：多出光面、高光亮度、独特三维立体结构LED芯片采用了半导体硅（Si）作为衬底材料，向下刻蚀半导体硅，以金属有机化合物化学气相沉淀（简称“MOCVD”）的方式，外延材料逐层生长，生产出具有立体架构的三维芯片(“半球形”)，大大增加了芯片的发光面积和照明能力，通过采用铜合金基底及银反光层，优化工艺，进一步提升芯片的出光率和散热性能。

本发明的有益效果是：

（1）创新的多出光面、高光亮度、独特三维立体结构LED芯片（半球形），发光面积相比传统芯片增加近一倍，提高了照明亮度，减少了在照明设计中使用的半导体器件，降低了生产照明产品的成本，优化了照明产品的内部结构。

（2）生产过程中采用大尺寸硅衬底（8英寸），提高原材料的利用率，取消了对传统衬底的依赖，采用成熟的湿法腐蚀方法去除，简单易行，成本低。

（3）采用铜基底，加强了LED的散热性能，有效的降低了LED芯片工作时的结温，延长了使用寿命；铜基底上的反光层可以使向下照射的光线，经过银反光层反射到芯片上表面，增加了出光率。

（4）器件封装工艺简单，芯片为上下电极，单引线结构，在器件封装时只需单电极引线，简化了封装工艺，节约了封装成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的芯片立体图。

图2是本发明的芯片剖面图。

图3是未加铜基底的剖面图。

图2中1.电极，2.ITO透明导电层，3.P型GaN，4.P型AlGaN层，5.发光层，6.N型GaN，7.Ag反射层，8.铜合金基底

具体实施方式

（1）在半导体硅衬底上向下刻蚀出半球形的模型。

（2）在Si衬底上生长AlN缓冲层。一般情况下，如果在硅衬底上直接生长GaN膜，由于GaN与硅的热膨胀率以及晶格常数差异较大，容易产生龟裂等缺陷，通过在硅底板上交互堆叠多层 AlInGaN 与AlInGaN 以外的材料作为缓冲层来抑制缺陷的发产生，大大缓解了Si衬底上外延GaN材料的应力，保证了芯片的可靠性与质量。

（3）生长P型GaN。

（4）生长p型AIGaN层，阻挡电子通过。

（5）生长→InGaN／GaN多量子阱发光层。

（6）生长N型GaN层。

（7）电镀铜合金基底并键合带Ag反光层。向下照射的光线，经银反光层反射到芯片上表面，增加了出光率。

（8）剥离衬底并去除缓冲层。采用成熟的湿法腐蚀方法去除，简单易行，成本低。

（9）电镀ITO透明导电层，然后进行粗化。由于P型GaN层低掺杂载流子浓度低，需要在上面镀一层透明或半透明电流保护层来提高空穴的注入。ITO透明导电层代替半透明Ni\Au薄膜，提高了透光率，并对ITO表面进行粗化，增加了出光率。

（10）制作P极电极。

Claims

1.一种半导体照明器件，具有多出光面、高光亮度、独特三维立体结构，其特征是：向下刻蚀形成半球型凹槽，外延生长后为三维立体结构的LED芯片，大大增加了发光面积，提高了照明亮度;采用铜基底及银反射层，增强了散热并加大了出光率。

2.根据权利要求1所述的半导体照明器件，其特征是：多出光面、高光亮度、发光面为独特三维立体结构，比传统平面芯片发光面积增加一倍以上。

3.根据权利要求1所述的半导体照明器件，其特征是：电镀铜基底及银反射层，提高了散热性能并增加出光率。