專利名稱：一種led結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及LED發(fā)光二極管技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及從外延到封裝應(yīng)用的一種LED結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
大功率的藍(lán)光發(fā)光二極管因其節(jié)能環(huán)保效果顯著，用途越來(lái)越廣泛，正在從原來(lái)的公共照明領(lǐng)域向家用照明領(lǐng)域發(fā)展。由于現(xiàn)有的藍(lán)光芯片，通常采用藍(lán)寶石(即三氧化二鋁)做襯底，GaN基材料和器件的外延層主要生長(zhǎng)在藍(lán)寶石襯底上。使用藍(lán)寶石作為襯底存在一些問(wèn)題，例如晶格失配和熱應(yīng)力失配，這會(huì)在外延層中產(chǎn)生大量缺陷，同時(shí)給后續(xù)的器件加工工藝造成困難；藍(lán)寶石的導(dǎo)熱性能不是很好，散熱性差，在使用LED芯片做成的器件時(shí)，會(huì)傳導(dǎo)出大量的熱量， 使器件的光輸出效率低；特別是對(duì)面積較大的大功率器件，導(dǎo)熱性能是一個(gè)非常重要的需要考慮的因素。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種散熱性好、導(dǎo)熱效果好、光輸出效率高的從外延到應(yīng)用的一種LED結(jié)構(gòu)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種LED結(jié)構(gòu)，包括外延結(jié)構(gòu)和應(yīng)用結(jié)構(gòu)，所述的應(yīng)用結(jié)構(gòu)包括高頻散熱鋁板，所述高頻散熱鋁板上依次設(shè)置有直接鍍銅陶瓷基板、硅襯底芯片、熒光陶瓷層和玻璃陶瓷透鏡；所述硅襯底芯片的外延結(jié)構(gòu)包括依次設(shè)置的硅襯底、燒結(jié)層、P+GaN接觸層、PAIGaN過(guò)渡層、InGaN/GaN發(fā)光層和N-GaN接觸層。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述直接鍍銅陶瓷基板的厚度為1. 5mm。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述硅襯底的厚度為60um。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述熒光陶瓷層的厚度為1mm。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述P+GaN接觸層的厚度為IOOnm lOOOnm。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述P+GaN接觸層的厚度為250nm。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述hGaN/GaN發(fā)光層的厚度為IOOOnm lOOOOnm。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述hGaN/GaN發(fā)光層的厚度為2500nm。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述N-GaN接觸層的厚度為IOOnm lOOOnm。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述N-GaN接觸層的厚度為500nm。由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的有益效果是由于本實(shí)用新型的LED結(jié)構(gòu)的藍(lán)光芯片采用硅襯底，硅是熱的良導(dǎo)體，器件的導(dǎo)熱性能可以明顯改善，增大了 LED的發(fā)光面積，從而提高了 LED的出光效率，也延長(zhǎng)了器件的使用壽命。本實(shí)用新型采用高頻散熱鋁板、直接鍍銅陶瓷基板作為新型LED散熱材料，可進(jìn)一步提高LED結(jié)構(gòu)的散熱效果和光輸出效率。本實(shí)用新型的硅襯底芯片上面采用熒光陶瓷，替代傳統(tǒng)的芯片上涂覆YAG熒光粉，熒光陶瓷可以有效縮減封裝工藝步驟、降低熱阻、提高出光效率、提高器件可靠性，優(yōu)化最終的白光LED封裝結(jié)構(gòu)，降低成本。本實(shí)用新型采用玻璃陶瓷透鏡，可提高LED結(jié)構(gòu)的二次光學(xué)性能。總之，本實(shí)用新型的從外延到應(yīng)用的LED結(jié)構(gòu)，解決了現(xiàn)有的大功率藍(lán)光發(fā)光二極管存在的外延結(jié)構(gòu)、LED散熱材料、封裝透鏡等存在的問(wèn)題，能夠較大程度地提高藍(lán)光發(fā)光二極管的內(nèi)外量子效率。同時(shí)，該LED結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，適于大批量生產(chǎn)。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例中的應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例中用鋁酸鋰做過(guò)渡襯底時(shí)的外延結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例中將鋁酸鋰襯底去掉換成硅襯底的外延結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-高頻散熱鋁板；2-直接鍍銅陶瓷基板；3-硅襯底芯片；4-熒光陶瓷層； 5-玻璃陶瓷透鏡；21-鋁酸鋰襯底；22-低溫GaN緩沖層；23_N_GaN接觸層；24-hGaN/GaN 發(fā)光層；25-PAIGaN過(guò)渡層；沈-P+GaN接觸層；27-燒結(jié)層；28-硅襯底。
具體實(shí)施方式
一種LED結(jié)構(gòu)，包括芯片的外延結(jié)構(gòu)和利用芯片制作成器件后的應(yīng)用結(jié)構(gòu)。如圖1所示，其中，所述的應(yīng)用結(jié)構(gòu)包括高頻散熱鋁板1，所述高頻散熱鋁板1上自下而上依次設(shè)置有直接鍍銅陶瓷基板2、硅襯底芯片3、熒光陶瓷層4和玻璃陶瓷透鏡5。如圖3所示，其中，所述硅襯底芯片3的外延結(jié)構(gòu)包括自下而上依次設(shè)置的硅襯底觀、燒結(jié)層27、P+GaN接觸層26、PAIGaN過(guò)渡層25、InGaN/GaN發(fā)光層M和N-GaN接觸層 23。本實(shí)施例中，所述直接鍍銅陶瓷基板2的厚度為1. 5mm。本實(shí)施例中，所述硅襯底28的厚度為60um。本實(shí)施例中，所述熒光陶瓷層的厚度為1mm。本實(shí)施例中，所述P+GaN接觸層沈的厚度為IOOnm IOOOnm ；最好為250nm。本實(shí)施例中，所述hGaN/GaN發(fā)光層M的厚度為IOOOnm IOOOOnm ；最好為 2500nmo本實(shí)施例中，所述N-GaN接觸層23的厚度為IOOnm IOOOnm ；最好為500nm。本實(shí)用新型的從外延到應(yīng)用的LED結(jié)構(gòu)的制作方法如下首先，生長(zhǎng)外延片。圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例中用鋁酸鋰做過(guò)渡襯底時(shí)的外延結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，藍(lán)光發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)是，在襯片層的上面自下而上地依次形成有鋁酸鋰襯底層21、低溫GaN緩沖層22、N-GaN接觸層23、InGaN/GaN發(fā)光層24、PAIGaN 過(guò)渡層25、P+GaN接觸層26。用鋁酸鋰做襯底層取代常規(guī)的藍(lán)寶石襯底，可以減少晶格失配，改善外延生長(zhǎng)條件，能夠?yàn)楦哔|(zhì)量的InGaN的生長(zhǎng)提供基礎(chǔ)。本實(shí)施例中，所述鋁酸鋰襯底層21的厚度為40 250um ；最好為70um。本實(shí)施例中，所述低溫GaN緩沖層22的厚度為5 IOOum ；最好為25um。如圖3所示，鋁酸鋰襯底層外延片做出后，再用化學(xué)方法將圖2中所示的鋁酸鋰襯底層21去除；同時(shí)，在P+GaN接觸層沈處燒結(jié)上硅襯底28，P+GaN接觸層沈與硅襯底觀之間形成燒結(jié)層27。硅襯底觀作為正極直接與P+GaN接觸層沈燒結(jié)，不必再焊線。由于硅襯底觀的芯片電極可采用兩種接觸方式，即水平接觸和垂直接觸，通過(guò)這兩種接觸方式，LED芯片內(nèi)部的電流可以是橫向流動(dòng)的，也可以是縱向流動(dòng)的。由于電流可以縱向流動(dòng)， 因此增大了 LED的發(fā)光面積，從而提高了 LED的出光效率。因?yàn)楣枋菬岬牧紝?dǎo)體，所以器件的導(dǎo)熱性能可以明顯改善，從而延長(zhǎng)器件的使用壽命。之后，制作高頻散熱鋁板1。高頻散熱鋁是一種比熱容高，熱平衡速度快，與空氣熱交換頻率高的高效散熱材料，能有效地使熱能轉(zhuǎn)換成電磁能，從而向空間輻射散熱。即在純鋁中加入聲子運(yùn)動(dòng)頻率快的金屬與稀土，本實(shí)施例中采用在純鋁中加入聲子運(yùn)動(dòng)頻率快的金屬鈹或鋰，目的是提高熱量子(聲子)運(yùn)動(dòng)頻率，提高熱能轉(zhuǎn)換成可遠(yuǎn)距離傳熱的紅外線光。高頻散熱鋁的導(dǎo)熱系數(shù)204W/M. K，比熱容0. 958，40WLED用鋁量?jī)H為530g，因此，高頻散熱鋁進(jìn)一步提高了 LED的散熱效果和光輸出效率。然后，制作直接鍍銅陶瓷基板2。陶瓷基板具有材料特性安定和長(zhǎng)時(shí)間信賴性的特點(diǎn)，高功率操作更凸顯其優(yōu)勢(shì)。但早期的陶瓷基板通常是采用銅箔在高溫下直接鍵合到氧化鋁或氮化鋁陶瓷基片表面上而形成的特殊工藝板，需高溫共燒且厚模印刷，在制造成本、 良率和產(chǎn)品性價(jià)比方面都不具優(yōu)勢(shì)。本實(shí)用新型的陶瓷基板采用黃光微影薄膜制程之直接鍍銅陶瓷基板，具有低制造溫度與成本、高線路分辨率與對(duì)位精度以及較佳的尺寸安定性和散熱效果等特點(diǎn)，是目前最適合高功率且小尺寸LED發(fā)展的散熱基板。最后，用自動(dòng)固晶機(jī)將硅襯底芯片3固在直接鍍銅陶瓷基板2上，再用貼片機(jī)將 Imm厚的熒光陶瓷4貼在硅襯底芯片3上，最后放上玻璃陶瓷透鏡5，即制得從外延到封裝應(yīng)用的本實(shí)用新型的LED結(jié)構(gòu)。采用本實(shí)用新型的從外延到應(yīng)用的LED結(jié)構(gòu)，可以明顯提高藍(lán)光發(fā)光二極管的散熱能力，在保證亮度和電壓的同時(shí)，能夠具有很好的穩(wěn)定性，改善了外延生長(zhǎng)條件及導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能，提高了 LED的光輸出效率，使用壽命也有了較大提高。解決了現(xiàn)有的大功率藍(lán)光發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)、LED散熱材料、封裝透鏡等方面所存在的問(wèn)題，能夠較大程度地提高藍(lán)光發(fā)光二極管的內(nèi)外量子效率。同時(shí)，該藍(lán)光發(fā)光二極管的LED結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，適于大批量生產(chǎn)。雖然以上針對(duì)藍(lán)光發(fā)光二極管的外延到封裝應(yīng)用描述了本實(shí)用新型的原理以及具體實(shí)施方式
，但是，在本實(shí)用新型的上述教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述實(shí)施方式的基礎(chǔ)上進(jìn)行各種改進(jìn)和變形，而這些改進(jìn)或者變形均應(yīng)落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。上面的具體描述只是為了解釋本實(shí)用新型的目的，并非用于限制本實(shí)用新型。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍由權(quán)利要求來(lái)限定。
權(quán)利要求1.一種LED結(jié)構(gòu)，包括外延結(jié)構(gòu)和應(yīng)用結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的應(yīng)用結(jié)構(gòu)包括高頻散熱鋁板，所述高頻散熱鋁板上依次設(shè)置有直接鍍銅陶瓷基板、硅襯底芯片、熒光陶瓷層和玻璃陶瓷透鏡；所述硅襯底芯片的外延結(jié)構(gòu)包括依次設(shè)置的硅襯底、燒結(jié)層、P+GaN接觸層、PAIGaN過(guò)渡層、InGaN/GaN發(fā)光層和N-GaN接觸層。
2.如權(quán)利要求1所述的LED結(jié)構(gòu)，其特征在于所述直接鍍銅陶瓷基板的厚度為 1. 5mm0
3.如權(quán)利要求1所述的LED結(jié)構(gòu)，其特征在于所述硅襯底的厚度為60um。
4.如權(quán)利要求1所述的LED結(jié)構(gòu)，其特征在于所述熒光陶瓷層的厚度為1mm。
5.如權(quán)利要求1所述的LED結(jié)構(gòu)，其特征在于所述P+GaN接觸層的厚度為IOOnm IOOOnm0
6.如權(quán)利要求5所述的LED結(jié)構(gòu)，其特征在于所述P+GaN接觸層的厚度為250nm。
7.如權(quán)利要求1所述的LED結(jié)構(gòu)，其特征在于所述^GaN/GaN發(fā)光層的厚度為 IOOOnm IOOOOnm0
8.如權(quán)利要求7所述的LED結(jié)構(gòu)，其特征在于所述^GaN/GaN發(fā)光層的厚度為 2500nmo
9.如權(quán)利要求1所述的LED結(jié)構(gòu)，其特征在于所述N-GaN接觸層的厚度為IOOnm IOOOnm0
10.如權(quán)利要求9所述的LED結(jié)構(gòu)，其特征在于所述N-GaN接觸層的厚度為500nm。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種LED結(jié)構(gòu)，包括外延結(jié)構(gòu)和應(yīng)用結(jié)構(gòu)，所述的應(yīng)用結(jié)構(gòu)包括高頻散熱鋁板，所述高頻散熱鋁板的上面自下而上依次設(shè)置有直接鍍銅陶瓷基板、硅襯底芯片、熒光陶瓷層和玻璃陶瓷透鏡；所述硅襯底芯片的外延結(jié)構(gòu)包括自下而上依次設(shè)置的硅襯底、燒結(jié)層、P+GaN接觸層、PAIGaN過(guò)渡層、InGaN/GaN發(fā)光層和N-GaN接觸層。本實(shí)用新型的從外延到應(yīng)用的LED結(jié)構(gòu)散熱性好、導(dǎo)熱效果好、光輸出效率高，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，適于大批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01L33/64GK201985176SQ20112003680
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月30日
發(fā)明者吉慕璇, 吉愛(ài)華, 吉愛(ài)國(guó), 吉磊, 張志偉, 李玉明 申請(qǐng)人:吉愛(ài)華