CN116722003A - 一种多峰发光二极管结构及其封装器件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多峰发光二极管结构及其封装器件。本发明包括衬底；第一芯片单元，包括沿所述衬底表面水平方向交替设置的第一外延结构和第二外延结构；第二芯片单元，通过键合的方式设置于所述第一芯片单元上，所述第二芯片单元包括第三外延结构；其中，所述第一外延结构、所述第二外延结构和所述第三外延结构分别为蓝光外延、青绿光外延和红光外延中的一种且各不相同。本发明能够改善类太阳光照明不同时段光谱的调制，实现显示屏不同电流下光强的调制。

Description

一种多峰发光二极管结构及其封装器件
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，尤其是指一种多峰发光二极管结构及其封装器件。
背景技术
类太阳光照明是一种模拟自然光的人工光源，通常采用多颗不同波长的芯粒集成到一个封装体中实现类太阳光照明，这种形式的封装体光谱的调制相对比较局限，需要比较复杂的调制电路，实现单颗芯粒不同时间段的输入电流/光强调制。这样不仅增加了成本和功耗，也降低了光效和稳定性。
另一方面，传统的显示屏也采用了类似的技术，即三颗不同波长（蓝、绿、红）的芯粒集成到一个封装体上。显示屏需要通过三个电流的调节来达到蓝/绿/红光不同发光强度的配比，从而实现不同颜色的显示。然而，这种方式的发光强度的集中度并没有那么好，电流的调节会相对比较困难，导致显示效果不理想。
发明内容
为此，本发明提供一种多峰发光二极管结构及其封装器件，能够改善类太阳光照明不同时段光谱的调制，实现显示屏不同电流下光强的调制。
为解决上述技术问题，本发明提供一种多峰发光二极管结构，包括：
衬底；
第一芯片单元，包括沿所述衬底表面水平方向交替设置的第一外延结构和第二外延结构；
第二芯片单元，通过键合的方式设置于所述第一芯片单元上，所述第二芯片单元包括第三外延结构；
其中，所述第一外延结构、所述第二外延结构和所述第三外延结构分别为蓝光外延、青绿光外延和红光外延中的一种且各不相同。
在本发明的一种实施方式中，所述第一外延结构包括沿所述衬底表面依次设置的第一缓冲层、第一半导体层a、第一活性层和第二半导体层a；所述第二外延结构包括沿所述衬底表面依次设置的第二缓冲层、第一半导体层b、第二活性层和第二半导体层b。
在本发明的一种实施方式中，还包括在交替设置的所述第一外延结构和所述第二外延结构上的台阶，所述台阶的低台阶面设置有第一负极焊盘，所述台阶的高台阶面设置有位于多个所述第二半导体层a和多个所述第二半导体层b表面的电流扩散层，所述电流扩散层设置有正极焊盘。
在本发明的一种实施方式中，所述电流扩散层表面包括键合区，所述第二芯片单元包括沿所述电流扩散层的键合区依次设置的第一半导体层c、第三活性层、第二半导体层c和第三缓冲层，所述第三缓冲层上设置有第二负极焊盘。
在本发明的一种实施方式中，所述第一外延结构为蓝光外延，所述第二外延结构为青绿光外延，所述第一活性层为蓝光活性层，所述第二活性层为青绿光活性层，所有的蓝光活性层和所有的青绿光活性层面积比为0.01~10。
在本发明的一种实施方式中，所述第一外延结构为蓝光外延，所述第二外延结构为青绿光外延，所述第一活性层为蓝光活性层，所述第二活性层为青绿光活性层，在所述电流扩散层的键合区，所有的所述第一活性层和所有的所述第二活性层面积比为1~100；在所述电流扩散层的键合区以外区域，所有的所述第一活性层和所有的所述第二活性层面积比为0.01~0.5。
在本发明的一种实施方式中，所述第一外延结构为蓝光外延，所述第二外延结构为青绿光外延，所述第一活性层为蓝光活性层，所述第二活性层为青绿光活性层，每个所述第一活性层和每个所述第二活性层的高度差在±100nm；或者，每个所述第二活性层比每个所述第一活性层高10~50nm。
在本发明的一种实施方式中，所述衬底远离所述第一芯片单元的一面设置有背面反射层。
本发明还提供一种封装器件，包括至少一个所述的多峰发光二极管结构。
在本发明的一种实施方式中，封装器件包括：第一多峰发光二极管结构、第二多峰发光二极管结构和第三多峰发光二极管结构，三个多峰发光二极管结构各自的所述第一外延结构均为蓝光外延，各自的所述第二外延结构均为青绿光外延；其中，
在所述第一多峰发光二极管结构中，每个蓝光活性层比每个青绿光活性层高0~50nm，和/或所有的蓝光活性层与所有的青绿光活性层面积比为2~10；
在所述第二多峰发光二极管结构中，每个蓝光活性层比每个青绿光活性层低50~100nm，和/或所有的蓝光活性层与所有的青绿光活性层面积比为0.01~0.2；
在所述第三多峰发光二极管结构中，每个蓝光活性层与每个青绿光活性层高度差在±20nm，和/或所有的蓝光活性层与所有的青绿光活性层面积比为0.8~1.25。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明所述的一种多峰发光二极管结构及其封装器件，封装更简单，通过一颗芯片实现蓝/绿（青绿）/红光发射，可以大大降低封装材料和工艺的成本；通过蓝/绿（青绿）外延面积占比，蓝/绿（青绿）光强度比更好控制，由于蓝/绿（青绿）光是在同一颗芯片上发射的，可以通过调节蓝/绿（青绿）外延层的面积比例，来调节蓝/绿（青绿）光的强度比例，本发明能够改善类太阳光照明不同时段光谱的调制，实现显示屏通过不同电流实现光强的调制方式。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例一和实施例二的多峰发光二极管结构示意图。
图2是本发明实施例三的多峰发光二极管结构示意图。
图3是本发明实施例四的多峰发光二极管结构示意图。
图4是本发明实施例五的多峰发光二极管结构示意图。
说明书附图标记说明：
101、第一多峰发光二极管结构；102、第二多峰发光二极管结构；103、第三多峰发光二极管结构；104、齐纳或功能模块；
1、衬底；11、背面反射层；
2、第一芯片单元；
3、第二芯片单元；
4、第一外延结构；41、第一缓冲层；42、第一半导体层a；43、第一活性层；44、第二半导体层a；
5、第二外延结构；51、第二缓冲层；52、第一半导体层b；53、第二活性层；54、第二半导体层b；
6、第三外延结构；61、第一半导体层c；62、第三活性层；63、第二半导体层c；64、第三缓冲层；
7、台阶；71、低台阶面；72、高台阶面；
81、第一负极焊盘；82、正极焊盘；83、第二负极焊盘；
9、电流扩散层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本发明的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本发明的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1所示，一种多峰发光二极管结构，包括：
衬底1；
第一芯片单元2，包括沿所述衬底1表面水平方向交替设置的第一外延结构4和第二外延结构5；
第二芯片单元3，通过键合的方式设置于所述第一芯片单元2上，所述第二芯片单元3包括第三外延结构6；
其中，所述第一外延结构4、所述第二外延结构5和所述第三外延结构6分别为蓝光外延、青绿光外延和红光外延中的一种且各不相同。
具体地，所述第一外延结构4包括沿所述衬底1表面依次设置的第一缓冲层41、第一半导体层a42、第一活性层43和第二半导体层a44；所述第二外延结构5包括沿所述衬底1表面依次设置的第二缓冲层51、第一半导体层b52、第二活性层53和第二半导体层b54。
具体地，还包括在交替设置的所述第一外延结构4和所述第二外延结构5上的台阶7，所述台阶7的低台阶面71设置有第一负极焊盘81，所述台阶7的高台阶面72设置有位于多个所述第二半导体层a44和多个所述第二半导体层b54表面的电流扩散层9，所述电流扩散层9设置有正极焊盘82。
具体地，所述电流扩散层9表面包括键合区，所述第二芯片单元3包括沿所述电流扩散层9的键合区依次设置的第一半导体层c61、第三活性层62、第二半导体层c63和第三缓冲层64，所述第三缓冲层64上设置有第二负极焊盘83。
具体地，所述衬底1远离所述第一芯片单元2的一面设置有背面反射层11。
通过上述设置，通过设置正极焊盘82、第一负极焊盘81和第二负极焊盘83，使得第一外延结构4、所述第二外延结构5和所述第三外延结构6共用一个正极焊盘82；第一芯片单元2（如蓝/绿（青绿）光芯片）为常规正装结构，第二芯片单元3（如红光芯片）为垂直结构，与第一芯片单元2共用正极焊盘82；d)，蓝光波长440~470nm，绿（青绿）光波长510~540nm，红光波长600~700nm。
本实施例中，第一半导体层c61的材质为镓磷（GaP），第二半导体层c63为砷化镓（GaAs），从而构成p-n结，电流扩散层9作用是将电流从电极处扩散到整个发光区域，提高器件的发光效率，并且可以起到键合层的作用，第二半导体层和电流扩散层9通过无机键合，电流扩散层9可以是由锌硒（ZnSe）或者锌硫（ZnS）等材料制成的。
本实施例中，第一半导体层a42、第一半导体层b52的材质为铝镓氮（AlGaN），第二半导体层a44、第二半导体层b54的材质为掺镁氮化稼（GaN:Mg）；第一缓冲层41、第二缓冲层51、第三缓冲层64的材质为氮化稼（GaN）；衬底1材质为蓝宝石（Al2O3）；背面反射层11材质为分布式布拉格反射镜（DBR）；第一活性层43、第二活性层53和第三活性层62分别为蓝光活性层、青绿光活性层和红光活性层的一种且各不相同；其中，蓝光活性层由氮化镓（GaN）制成，青绿色活性层由铝镓氮（AlGaN）制成，红光活性层由铝镓砷（AlGaAs）或掺镁氮化镓（GaN：Mg）制成。
实施例2
参照图1所示，一种多峰发光二极管结构，其结构与实施例一相同。其中，所述第一外延结构4为蓝光外延，所述第二外延结构5为青绿光外延，所述第一活性层43为蓝光活性层，所述第二活性层53为青绿光活性层，所有的蓝光活性层和所有的青绿光活性层面积比为0.01~10。每个所述第一活性层43和每个所述第二活性层53的高度差在±100nm；优选为每个所述第二活性层53比每个所述第一活性层43高10~50nm。
实施例3
参照图2所示，一种多峰发光二极管结构，其结构与实施例一相同。其中，所述第一外延结构4为蓝光外延，所述第二外延结构5为青绿光外延，所述第一活性层43为蓝光活性层，所述第二活性层53为青绿光活性层，在所述电流扩散层9的键合区，所有的所述第一活性层43和所有的所述第二活性层53面积比为1~100；在所述电流扩散层9的键合区以外区域，所有的所述第一活性层43和所有的所述第二活性层53面积比为0.01~0.5。通过上述设置，可以增强青绿光外延的发光强度。
实施例4
参照图3所示，一种多峰发光二极管结构，相较于实施例三，其第三外延结构6更靠近正极焊盘82，其余结构与实施例三均相同。一方面由于三个焊盘更近，可以提升焊线效率，另一方面，蓝/青绿光的发光更集中在焊盘区，大部分会被焊盘反射，可有效降低蓝光强度，实现更低蓝光强度的类太阳光谱。
实施例5
参照图4所示，一种封装器件，包括至少一个与实施例一结构相同的多峰发光二极管结构，并与齐纳或功能模块104相集成。以设置三个为例，本实施例中，封装器件包括：第一多峰发光二极管结构101、第二多峰发光二极管结构102和第三多峰发光二极管结构103，三个多峰发光二极管结构各自的所述第一外延结构4均为蓝光外延，各自的所述第二外延结构5均为青绿光外延；其中，
在所述第一多峰发光二极管结构101中，每个蓝光活性层比每个青绿光活性层高0~50nm，和/或所有的蓝光活性层与所有的青绿光活性层面积比为2~10，即蓝光强度较大；
在所述第二多峰发光二极管结构102中，每个蓝光活性层比每个青绿光活性层低50~100nm，和/或所有的蓝光活性层与所有的青绿光活性层面积比为0.01~0.2，即蓝光强度低；
在所述第三多峰发光二极管结构103中，每个蓝光活性层与每个青绿光活性层高度差在±20nm，和/或所有的蓝光活性层与所有的青绿光活性层面积比为0.8~1.25，即蓝光强度与青绿光强度接近。
通过上述设置，能够通过不同时段不同多峰发光二极管结构之间的开关切换，实现类太阳光照明不同时段光谱的调制。通过不同多峰发光二极管结构的选择，选取合适的蓝/绿/红光强度配比的发光二极管芯粒，更好的实现显示屏不同电流下光强的调制。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种多峰发光二极管结构，其特征在于，包括：
衬底；
第一芯片单元，包括沿所述衬底表面水平方向交替设置的第一外延结构和第二外延结构；
第二芯片单元，通过键合的方式设置于所述第一芯片单元上，所述第二芯片单元包括第三外延结构；
其中，所述第一外延结构、所述第二外延结构和所述第三外延结构分别为蓝光外延、青绿光外延和红光外延中的一种且各不相同。
2.根据权利要求1所述的一种多峰发光二极管结构，其特征在于，所述第一外延结构包括沿所述衬底表面依次设置的第一缓冲层、第一半导体层a、第一活性层和第二半导体层a；所述第二外延结构包括沿所述衬底表面依次设置的第二缓冲层、第一半导体层b、第二活性层和第二半导体层b。
3.根据权利要求2所述的一种多峰发光二极管结构，其特征在于，还包括在交替设置的所述第一外延结构和所述第二外延结构上的台阶，所述台阶的低台阶面设置有第一负极焊盘，所述台阶的高台阶面设置有位于多个所述第二半导体层a和多个所述第二半导体层b表面的电流扩散层，所述电流扩散层设置有正极焊盘。
4.根据权利要求3所述的一种多峰发光二极管结构，其特征在于，所述电流扩散层表面包括键合区，所述第二芯片单元包括沿所述电流扩散层的键合区依次设置的第一半导体层c、第三活性层、第二半导体层c和第三缓冲层，所述第三缓冲层上设置有第二负极焊盘。
5.根据权利要求3所述的一种多峰发光二极管结构，其特征在于，所述第一外延结构为蓝光外延，所述第二外延结构为青绿光外延，所述第一活性层为蓝光活性层，所述第二活性层为青绿光活性层，所有的蓝光活性层和所有的青绿光活性层面积比为0.01~10。
6.根据权利要求3所述的一种多峰发光二极管结构，其特征在于，所述第一外延结构为蓝光外延，所述第二外延结构为青绿光外延，所述第一活性层为蓝光活性层，所述第二活性层为青绿光活性层，在所述电流扩散层的键合区，所有的所述第一活性层和所有的所述第二活性层面积比为1~100；在所述电流扩散层的键合区以外区域，所有的所述第一活性层和所有的所述第二活性层面积比为0.01~0.5。
7.根据权利要求2所述的一种多峰发光二极管结构，其特征在于，所述第一外延结构为蓝光外延，所述第二外延结构为青绿光外延，所述第一活性层为蓝光活性层，所述第二活性层为青绿光活性层，每个所述第一活性层和每个所述第二活性层的高度差在±100nm；或者，每个所述第二活性层比每个所述第一活性层高10~50nm。
8.根据权利要求1所述的一种多峰发光二极管结构，其特征在于，所述衬底远离所述第一芯片单元的一面设置有背面反射层。
9.一种封装器件，其特征在于，包括至少一个如权利要求1-8任一项所述的多峰发光二极管结构。
10.如权利要求9所述的一种封装器件，其特征在于，包括：第一多峰发光二极管结构、第二多峰发光二极管结构和第三多峰发光二极管结构，三个多峰发光二极管结构各自的所述第一外延结构均为蓝光外延，各自的所述第二外延结构均为青绿光外延；其中，
在所述第一多峰发光二极管结构中，每个蓝光活性层比每个青绿光活性层高0~50nm，和/或所有的蓝光活性层与所有的青绿光活性层面积比为2~10；
在所述第二多峰发光二极管结构中，每个蓝光活性层比每个青绿光活性层低50~100nm，和/或所有的蓝光活性层与所有的青绿光活性层面积比为0.01~0.2；
在所述第三多峰发光二极管结构中，每个蓝光活性层与每个青绿光活性层高度差在±20nm，和/或所有的蓝光活性层与所有的青绿光活性层面积比为0.8~1.25。
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