CN201450017U - 一种单电极led芯片结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种单电极LED芯片结构，包括n金属电极层、蓝宝石衬底粗化层、蓝宝石衬底、外延层、钝化层、透明电极层及焊料层，所述的焊料层表面上通过光学镀膜的方式形成有DBR光学反射层，所述的焊料层底部设置有一高导电导热基座层；本实用新型所述的单电极LED芯片通过采用高导热导电基座取代高热阻及绝缘的原衬底，使得芯片散热能力显著改善，由于量子阱的电-光转换效率是随着温度的增加而降低，LED芯片在散热性能上的改善使得芯片可以在大电流下仍然维持较高的电-光转换效率，实现大功率高亮度；同时本实用新型将芯片倒置，利用DBR光学反射层使得取光方向改道透明的蓝宝石衬底，提高了芯片的外量子效率，增加取光效率。

Description

一种单电极LED芯片结构

技术领域

本实用新型涉及半导体器件领域，尤其是涉及一种大功率、高取光效率的单电极LED芯片结构。

背景技术

目前，蓝光、绿光等发光二极管(LED)的基本结构是在蓝宝石衬底上外延生长InGaN/GaN发光半导体材料，然后在外延层的上表面制作正/负电极用于注入电流使之将电能转换成光能。如图-1所示，其是典型的蓝光LED芯片的剖面结构示意图，该芯片主要由三部分组成，蓝宝石衬底11，外延层12，以及欧姆电极13(包含p、n两个电极)，正极欧姆电极是制作在p型GaN层上。为了改善电流注入的均匀性，通常需要在p型GaN层上先沉积一层透明导电接触层，负极欧姆电极是制作在n型GaN层上，这需要将部分p型GaN层刻蚀去除。这种将两个电极制作在同一侧的器件结构是因为蓝宝石衬底不导电，但是这种结构同时也局限了芯片表面发光区的面积，降低了芯片的发光效率。此外，蓝宝石衬底的低导热性使之作为芯片与外界的散热通道限制了芯片在大电流下的可靠性能，这是因为蓝宝石衬底的导热系数只有0.4W/K.cm。散热问题也成为阻碍大功率LED芯片发展的主要问题之一，因为量子阱的发光效率会随着量子阱温度的上升而急剧降低。

为了解决散热问题，现有技术中是选择导热性能更优良的衬底作为原始芯片材料生长的基座，如SiC作为GaN-基LED的衬底，其由于衬底是导电的，可以实现单电极结构，还克服了双电极在表面阻挡出光的问题，提高了出光效率。但是SiC衬底由于成本问题始终没有被广泛采用，目前蓝宝石的成本只是SiC的1/10，优势明显，仍然是GaN基LED生产的主流。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中的单电极LED散热性差、取光效率不高的问题，提供一种大功率、高出光效率的单电极LED芯片结构。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种单电极LED芯片结构，该芯片为倒装结构，其包括依次叠置在一起的n金属电极层、蓝宝石衬底粗化层、蓝宝石衬底、外延层、钝化层、透明电极层及焊料层，其中：所述的焊料层表面上通过光学镀膜的方式形成有DBR光学反射层，所述的焊料层底部设置有一高导电导热基座层。

与现有技术相比，本实用新型所述的单电极LED芯片单电极结构LED芯片通过采用高导热导电基座取代高热阻及绝缘的原衬底，使得芯片散热能力显著改善，由于LED外延层的电-光转换效率是随着温度的增加而降低，本实用新型的LED芯片在散热性能上的改善使得芯片可以在大电流下仍然维持较高的电-光转换效率，实现大功率高亮度；同时本实用新型将芯片倒置，利用DBR光学反射层使得取光方向改道透明的蓝宝石衬底，提高了芯片的外量子效率，增加取光效率。

附图说明

图1是现有技术中LED的芯片结构示意图；

图2是本实用新型实施例的单电极芯片结构剖面示意图；

图2a-h是本实用新型实施例的单电极芯片结构制备过程的剖面结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图2所示，本实用新型的实施例涉及一种单电极LED芯片结构，该芯片为倒装结构，其包括依次叠置在一起的n金属电极层21、蓝宝石衬底粗化层22、蓝宝石衬底23、外延层24、钝化层25、透明电极层26及焊料层28，其中：所述的焊料层28表面上通过光学镀膜的方式形成有DBR光学反射层27，所述的焊料层28底部设置有一高导电导热基座层28。本实用新型实施例所述的高导热基座29的底部设置有一背金属层210。

本实用新型实施例所述的单电极LED芯片结构分别采用的材料是：背金层210，它可以是Au，Ag，Al，GeAu，AuBe等金属或合金，；导热导电基座29，它可以是金属Cu，CuW合金，AuAl，Si，GaAs，InP，AlN，金刚石，镍铁合金，镍，它的厚度范围是在50～500微米内；焊料层28，它可以是铟(In)，铟合金，Cu，金锡焊料，铅锡焊料，银浆，导电胶等；DBR光学反射薄膜27，它可以是SiO₂，TiO₂，ZnO等光学薄膜，采用蒸发，溅射，涂布等光学镀膜方式交替蒸镀而成；p型透明接触层26，采用Ni/Au，Pt，WSi，W，ITO等等透明导电结构；改善电流扩展的钝化层25，它可以是SiO₂，Si₃N₄，SiN_yO_x等透明钝化材料采用蒸发，溅射，等离子体化学反应，涂布等薄膜制备方法及上述材料制作；蓝宝石衬底23，厚度范围在10～50微米内，采用化学及机械方法(包括但不限于)减薄至所需厚度，采用干法或湿法刻蚀开电极窗口，采用湿法或干法刻蚀方法形成表面粗化图样；LED芯片n型GaN金属电极21，它可以是Ti/Al/Ti/Au，Cr/Ni/Al，Cr/Ni/Au等等多层金属结构。

如图2a-2h所示，其为本实用新型实施例的单电极芯片结构制作过程图：

1)改善电流扩展钝化层25制备：采用蒸发，溅射，等离子体化学反应，涂布等薄膜制备方法.此时LED圆片包含钝化层25，外延层24，蓝宝石衬底23，如图2a所示；

2)p型透明电极层26制备：采用蒸发，溅射，电镀或其他薄膜制备方法.此时LED圆片包含p型透明电极层26，钝化层25，外延层24，蓝宝石衬底23，如图2b所示；

3)DRB光学反射层27制备：采用蒸发，溅射，涂布，等离子体化学反应等光学薄膜制备方式.此时LED圆片包含DBR光学反射层27，p型透明电极层26，钝化层25，外延层24，蓝宝石衬底23，如图2c所示；

4)焊料层或预镀层28制备：采用蒸发，溅射，电镀，刷涂或其他薄膜制备方法.此时LED圆片包含焊料层或预镀层28，DBR光学反射层27，p型透明电极层26，钝化层25，外延层24，蓝宝石衬底23，如图2d所示；

5)高导电导热基座29制备：采用蒸发，溅射，电镀，刷涂，键合或其他薄膜制备方法.此时LED芯片包含高导电导热基座29，焊料层或预镀层28，DBR光学反射层27，p型透明电极层26，钝化层25，外延层24，蓝宝石衬底23，如图2e所示；

6)背金层210制备：采用蒸发，溅射，电镀，刷涂或其他薄膜制备方法.此时LED芯片包含背金层210，导电导热基座29，焊料层或预镀层28，DBR光学反射层27，p型透明电极层26，钝化层25，外延层24，蓝宝石衬底23，如图2f所示；

7)蓝宝石衬底23的减薄，如图2g所示，通过化学机械研磨的方法将蓝宝石衬底35减薄到目标厚度，本实施例为10-50微米；

8)采用丙酮清洗减薄后的蓝宝石衬底23表面，去除表面脏污；

9)采用干法或湿法刻蚀蓝宝石衬底23，开n型金属电极的图形窗口及表面粗化图形22，如图2h所示；

10)n型金属电极的制备，采用热蒸发，电子束蒸发，溅射，电镀，刷涂或其他薄膜制备方法.此时LED芯片包含背金层210，高导电导热基座29，焊料层或预镀层28，DBR光学反射层27，p型透明电极层26，钝化层25，外延层24，蓝宝石衬底23，蓝宝石表面粗化22，n型金属电极21，单电极LED芯片制作完成，如图2所示。

本实用新型的实施例所述的单引线结构LED减少LED发光面上的焊点数目，从而增加发光面积，提高芯片的取光效率。

此外通过的两个电极分布在LED外延层的两侧，采用改善电流扩展的钝化层结构，增加p型电极面积使得电流能够垂直通过LED外延层并均匀分布，消除了电流由于分布不均导致的发光不均匀的现象，提高了芯片的发光效率。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种单电极LED芯片结构，该芯片为倒装结构，其包括依次叠置在一起的n金属电极层、蓝宝石衬底粗化层、蓝宝石衬底、外延层、钝化层、透明电极层及焊料层，其特征在于：所述的焊料层表面上通过光学镀膜的方式形成有DBR光学反射层，所述的焊料层底部设置有一高导热基座层。

2.根据权利要求1所述的单电极LED芯片结构，其特征在于：所述的高导热基座的底部设置有一背金属层。

3.根据权利要求1所述的单电极LED芯片结构，其特征在于：所述的蓝宝石衬底的厚度为10-50微米。

4.根据权利要求1所述的单电极LED芯片结构，其特征在于：所述的高导热基座的厚度为50-500微米。

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