CN202564439U - 半导体发光器件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种半导体发光器件，包括基板，和位于所述基板表面的蓝宝石衬底；以及在所述蓝宝石衬底表面形成的LED芯片；在所述LED芯片表面的p电极形成区域覆盖有高导电导热材料层，且所述高导电导热材料层延伸至LED芯片和蓝宝石衬底的侧面以及所述基板的表面，为LED芯片提供将热量导向基板的导热通道。本实用新型的半导体发光器件LED能够使芯片在工作过程中产生的热量更快的散发出去，从而提高了芯片的性能和使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及光电技术领域，特别涉及一种半导体发光器件LED。
背景技术
半导体发光二极管简称为LED，目前常见的LED通常是由镓(Ga)与砷(AS)、磷(P)的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光。发光二极管(LED)作为光源以其功耗低、寿命长、可靠性高等特点，在日常生活中的许多领域得到了普遍的认可，在电子产品中得到广泛应用，例如显示器背光等。
以基于宽禁带半导体材料氮化稼(GaN)和铟氮化稼(InGaN)的发光二极管为代表的近紫外线、蓝绿色和蓝色等短波长发光二极管在1990年代后期得到广泛应用，在基础研究和商业应用上取得了很大进步。目前，普遍应用的GaN基发光二极管的典型结构如图1所示，GaN基发光二极管的结构包括蓝宝石衬底10，在衬底10表面利用MOCVD工艺沉积的n型GaN层201，由n型掺杂的AlGaN层203、InGaN发光层205(包括单量子阱或多量子阱)和p型掺杂的AlGaN层207组成的发光单元，以及p型GaN层209。此外还包括利用LPCVD工艺或磁控溅射工艺沉积的透明导电氧化物(TCO)接触层211，和通过沉积、掩模、光刻和刻蚀等工艺形成的p电极213和n电极215。
LED芯片的散热问题越来越受到人们的重视，这主要是由于LED的光衰或其寿命直接与其结温有关，散热不好结温越高，寿命也就越短。而且，结温不但影响长时间的使用寿命，还直接影响短时间的发光效率。假如以结温为25度时的发光量为100％，那么结温上升至60度时，其发光量就只有90％；结温为100度时就下降到80％；140度就只有70％。可见改善散热、控制结温是十分重要的。除此以外，LED的发热还会使得其光谱移动，色温波动，正向电流增大(恒压供电时)，反向电流也增大，热应力增高，荧光粉环氧树脂老化加速等等种种问题。所以说，LED的散热是LED灯具的设计中最为重要的一个问题。
LED芯片的特点是在极小的体积内产生极高的热量。而LED本身的热容量很小，所以必须以最快的速度将这些热量传导出去，否则就会产生很高的结温。为了尽可能地把热量引出到芯片外面，人们在LED的芯片结构上进行了很多改进。为了改善LED芯片本身的散热，其最主要的改进就是采用导热更好的衬底材料。但是蓝宝石衬底的导热性能不是太好，(在100℃时约为25W/(m-K))，而且蓝宝石要使用银胶固晶，而银胶的导热也很差。为了改善衬底的散热，Cree公司采用碳化硅作为衬底，它的导热性能(490W/(m-K))要比蓝宝石高将近20倍。但是，碳化硅的成本比较高，不利于生产成本的降低。
实用新型内容
因此，本实用新型的目的在于提供一种半导体发光器件LED，使芯片在工作过程中产生的热量更快的散发出去，从而提高芯片的性能和寿命。
本实用新型的半导体发光器件，包括
基板，和位于所述基板表面的蓝宝石衬底；以及
在所述蓝宝石衬底表面形成的LED芯片；
在所述LED芯片表面的p电极形成区域覆盖有高导电导热材料层，且所述高导电导热材料层延伸至LED芯片和蓝宝石衬底的侧面以及所述基板的表面，为LED芯片提供将热量导向基板的导热通道。
在所述LED芯片和蓝宝石衬底的侧面，与所述高导电导热材料层之间还具有绝缘层。
所述LED芯片表面还具有透明导电层。
所述基板为可导热基板，优选为金属基板和陶瓷基板。
在所述p电极形成区域形成的p电极位于所述高导电导热材料层表面。
在所述p电极形成区域形成的p电极位于所述高导电导热材料层和所述透明导电层之间。
所述基板为可导电导热基板，包括金属、碳化硅或硅。
所述导电导热基板通过高导电导热材料层与p电极形成区域连接，可直接用作p电极使用，从而无需在所述p电极形成区域再形成p电极。
所述高导电导热材料层为石墨烯层或碳纳米材料层。
所述透明导电层为铟锡氧化物层和氧化锌。
附图说明
通过附图中所示的本实用新型的优选实施例的更具体说明，本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。在附图中，为清楚起见，放大了层的厚度。
图1为现有的GaN基发光二极管的典型结构示意图；
图2至图6为根据本实用新型实施例的发光二极管结构示意图。
所述示图是说明性的，而非限制性的，在此不能过度限制本实用新型的保护范围。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广。因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。
本实用新型的发光二极管结构包括基板，和位于所述基板表面的蓝宝石衬底；以及在所述蓝宝石衬底表面形成的LED芯片；在所述LED芯片表面的p电极形成区域覆盖有高导电导热材料层，且所述高导电导热材料层延伸至LED芯片和蓝宝石衬底的侧面以及所述基板的表面，为LED芯片提供将热量导向基板的导热通道。
在一个实施例中，在所述LED芯片和蓝宝石衬底的侧面，与所述高导电导热材料层之间还具有绝缘层。在另一个实施例中，所述LED芯片表面还具有透明导电层。其中，基板可以是导热基板也可以是导电导热基板。在一个实施例中，所述基板为可导热基板，优选为陶瓷基板。此时，在所述p电极形成区域形成的p电极位于所述高导电导热材料层表面。在其它实施例中，在所述p电极形成区域形成的p电极位于所述高导电导热材料层和所述透明导电层之间。在一个实施例中，所述基板为可导电导热基板，包括金属、碳化硅或硅等。此时，所述导电导热基板通过高导电导热材料层与p电极形成区域连接，可直接用作p电极使用，从而无需在所述p电极形成区域再形成p电极。
在上述说明中，所述高导电导热材料层为石墨烯层或碳纳米材料层。所述透明导电层可以为铟锡氧化物层。
图2至图6为根据本实用新型实施例的发光二极管结构示意图。首先如图2所示，根据本实用新型实施例的发光二极管包括导电导热基板15，例如金属、碳化硅或硅等，和位于所述基板15表面的蓝宝石衬底20；以及在蓝宝石衬底20表面的按氮化稼(GaN)和铟氮化稼(InGaN)的发光二极管制造工艺形成的包括N电极23的LED芯片30。在LED芯片表面的p电极形成区域覆盖有高导电导热材料层50，且高导电导热材料层50延伸至LED芯片30和蓝宝石衬底20的侧面和导电导热基板15的表面，从而为LED芯片30提供将其热量导向基板15的高效导热通道。在高导电导热材料层50与LED芯片30和蓝宝石衬底20的侧面之间还具有绝缘层60。导电导热基板15通过高导电导热材料层50与LED芯片30的p电极形成区域连接，其可直接用作p电极使用，而无需在所述p电极形成区域再单独形成p电极。
在图3所示的实施例中，LED芯片30表面，与高导电导热材料层50之间还具有透明导电层40。
在图4所示的实施例中，本实用新型的发光二极管包括导热基板10，例如陶瓷基板，和位于基板10表面的蓝宝石衬底20；以及在蓝宝石衬底20表面的利用氮化稼(GaN)和铟氮化稼(InGaN)发光二极管制造工艺形成的包括N电极23的LED芯片30。在LED芯片表面的p电极形成区域覆盖有高导电导热材料层50，且高导电导热材料层50延伸至LED芯片30和蓝宝石衬底20的侧面和导热基板10的表面，从而为LED芯片30提供将其热量传导至导热基板10的高效导热通道。在高导电导热材料层50与LED芯片30和蓝宝石衬底20的侧面之间还具有绝缘层60。在p电极形成区域的高导电导热材料层50表面形成有p接触电极25。
在图5所示的实施例中，LED芯片30表面，与高导电导热材料层50之间还具有透明导电层40。
在图6所示的实施例中，p接触电极(例如金)25位于高导电导热材料层50与LED芯片30表面的透明导电层40之间。
在上述实施例中，优选为石墨烯材料的高导电导热材料层50为LED芯片30提供了良好高效的散热途径，不仅如此，由于其良好的导电性能，还极大地提高了芯片的电流传输特性。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。例如，尽管在附图中所示的各层皆是平整的且厚度几乎相等，但这仅仅是为了方便和清楚地说明本实用新型的原理。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种半导体发光器件，其特征在于：包括
基板，和位于所述基板表面的蓝宝石衬底；以及
在所述蓝宝石衬底表面形成的LED芯片；
在所述LED芯片表面的p电极形成区域覆盖有高导电导热材料层，且所述高导电导热材料层延伸至LED芯片和蓝宝石衬底的侧面以及所述基板的表面，为LED芯片提供将热量导向基板的导热通道。
2.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于：在所述LED芯片和蓝宝石衬底的侧面，与所述高导电导热材料层之间还具有绝缘层。
3.根据权利要求1或2所述的半导体发光器件，其特征在于：所述LED芯片表面还具有透明导电层。
4.根据权利要求3所述的半导体发光器件，其特征在于：所述基板为可导热基板，优选为金属基板和陶瓷基板。
5.根据权利要求4所述的半导体发光器件，其特征在于：在所述p电极形成区域形成的p电极位于所述高导电导热材料层表面。
6.根据权利要求4所述的半导体发光器件，其特征在于：在所述p电极形成区域形成的p电极位于所述高导电导热材料层和所述透明导电层之间。
7.根据权利要求3所述的半导体发光器件，其特征在于：所述基板为可导电导热基板，包括金属、碳化硅或硅。
8.根据权利要求7所述的半导体发光器件，其特征在于：所述导电导热基板通过高导电导热材料层与p电极形成区域连接，可直接用作p电极使用，从而无需在所述p电极形成区域再形成p电极。
9.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于：所述高导电导热材料层为石墨烯层或碳纳米材料层。
10.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于：所述透明导电层为铟锡氧化物层和氧化锌。
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