[实用新型]大功率倒装阵列LED芯片

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种倒装阵列LED芯片，尤其涉及一种包括多量子阱有源区的GaN基倒装阵列蓝光LED芯片结构。

背景技术

白光LED具有亮度高、节能环保等优点，已经成为最有潜力的照明光源之一。白光LED的能耗仅为白炽灯的1/8，荧光灯的1/2，其寿命可长达10万小时。这对普通家庭明来说可谓“一劳永逸”，同时还可实现无汞化，回收容易等优点，对环境保护和节约能源具有重要意义。

目前制备大功率白光LED的方法主要是在蓝色或近紫外LED芯片上涂覆黄色荧光粉，通过混色得到白光。这种通过蓝光LED的得到白光的方法，构造简单、成本低廉、技术成熟度高，因此运用广泛。大多数5W以上的大功率白光LED是由大功率的蓝光LED芯片制成的。所以制造大功率蓝光LED芯片是制作大功率白光LED的基础。

但是，目前光取出效率低和散热能力差是大功率LED面临的主要技术瓶颈。传统结构的LED芯片光取出效率低主要受以下几个因素的影响：1）材料本身对光的吸收；2）p电极上键合焊点和引线对光的遮挡；3）材料的折射率不同，在界面上发生反射，而导致光不易从高折射率的GaN材料传至低折射率的外围空气。4）电流分布不均匀。在p电极下的部分电流密度大，发光强，老化快。而在p电极以外的区域电流密度小，发光弱，老化慢。

大功率LED一般工作在350mA电流下，散热对LED器件的性能和寿命至关重要。pn结的工作温度一般在110-120℃之间，但在设计中，应当考虑长期工作的情况下，pn结尽量保持在100℃左右，温度每升高10℃，光通量就会衰减1%，LED的发光波长就会漂移1-2nm。如果不能将芯片产生的热量及时的散出，将无法获得稳定的光输出和维持正常的器件寿命。对于GaN基的LED，其有源层在中心位置，远离散热体，蓝宝石衬底也是热的不良导体，散热的问题将更为严重。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种大功率倒装阵列LED芯片，能够有效提高大功率蓝光LED倒装芯片的发光效率和散热能力，以克服现有技术存在的发光效率低、散热差等不足。

本实用新型的大功率倒装阵列LED芯片包括衬底、n型半导体层、有源层、p型半导体层、电极层、绝缘层、外接金属层和钝化层，阵列LED芯片是由多个阵列单元构成阵列，其中相邻阵列单元都共用一个n型半导体层；所述阵列单元是蓝宝石衬底上方依次覆盖n型缓冲层、n型半导体层、有源层、p型半导体层、透明电极层、p电极层；相邻两个阵列单元之间是n电极；并且n电极和p电极层由绝缘层包覆；在绝缘层包覆的p电极层窗口上方覆盖外接金属散热层；且在外接金属散热层表面还有钝化层。

蓝宝石衬底的出光面处理为粗超化表面。

倒装LED芯片的n型半导体层和p型半导体层是由GaN、GaAs或AlGaN等半导体材料构成；其中n型层掺入的杂质是Si等材料，p型层掺入的杂质是Mg等材料。

倒装阵列LED芯片的有源层是单层的InGaN，或者是多层的InGaN层和GaN层，形成多量子阱层。

所有芯片阵列单元的n型半导体层是连通的，并且相邻两个阵列单元共用位于其间的n电极；n电极的材料包括Cu、Ti、Al、Ni或Au金属，采用其中单一金属或组合金属。

p电极层采用金属Ag或Al，并且完全覆盖每一个阵列单元的透明电极层；

外接金属散热层的材料包括Cu、Ti、Al、Ni或Au金属，采用其中单一金属或组合金属。

绝缘层和钝化层是由SiOx、SiNx或SiOxNy绝缘材料构成。

透明电极层采用金属薄膜Ni/Au或氧化铟锡（ITO）制作。

该芯片与传统LED芯片相比，既可以增大发光面积，改善发光效率，又能够很好的改善芯片的散热。

调整有源层结构（如多个材料的量子阱形成复合量子阱）及材料组分（调整掺杂浓度改变发光波长）可以发多种颜色光，本实用新型也涵盖了这一LED芯片范畴。

本实用新型以上所述内容，仅给出了实现本实用新型的一种实施方案，但此方案和方案中的芯片结构以及工艺条件可以改变的，这种改变不脱离本实用新型的思想及范围，对本领域人员自己明了的所有变更应当包含在所述权利要求范围内。

附图说明

图1为本实用新型的制造工艺流程图； 

图2为蓝宝石Al₂O₃(0001)面衬底上外延生长n-GaN层、n⁺-GaN层、有源层、p-GaN层、透明电极和Ag/Al金属电极后的截面的图；