[发明专利]发光二极管及其芯片板上封装结构

说明书

技术领域

本发明是关于一种发光二极管及其芯片板上封装结构，尤其指一种可以快速移除热点(Hot spot)及提升输出光率的发光二极管与使用其的芯片板上封装结构。

背景技术

公元1962年，通用电气公司的尼克·何伦亚克(Nick Holonyak Jr.)开发出第一种实际应用的可见光发光二极管(Light Emitting Diode，LED)，而随着科技日益更新，各种色彩发光二极管开发也应蕴而生。而对于现今人类所追求永续发展为前提的情形下，发光二极管的低耗电量以及长效性的发光等优势下，已逐渐取代日常生活中用来照明或各种电器设备的指示灯或光源等用途。更有甚者，发光二极管朝向多色彩及高亮度的发展，已应用在大型户外显示广告牌或交通号志。

以公知蓝光发光二极管为例，其铟掺杂氮化镓为一公知的多量子井(multiple quantum wells，MQW)，其中，具有49个电子的铟原子因其远大于晶格内的镓原子及氮原子，而使得铟原子容易从晶格中分离，促使MQW产生缺陷而使得该蓝光发光二极管无法作用。更具体地，存在于氮化镓晶格中的铟原子会造成反压电以及内应力的问题，其中，反压电效应会驱使铟原子偏离其平衡位置，而内应力则会造成铟原子产生差排。上述不可逆的劣化过程将使得该发光二极管的发光效率快速地下降。

于公知发光二极管中，当电子与空穴再结合时，约有1/3的能量以光子形式辐射，而约2/3的能量则转换为热能以晶格振动的方式逸散。据此，若发光二极管晶格中的热能无法快速移除，将导致如上述的发光二极管劣化问题，而促使发光二极管发光效率快速降低，据此，申请人于所提出的中国台湾专利申请号第100146548、100146551以及101120872号中均已揭示以类金刚石与导电材料所组成的堆叠结构或多层结构可有效地改善发光二极管的散热效率以及缓和或去除发光二极管受热膨胀的不良影响。虽相关前案揭示其类金刚石因其超硬材料的特征，能快速地从发光二极管中移除热量而达到整体散热的目的。然而，实际上，如图1所示，产生于MQW中，尺寸小于1纳米的热点才是真正直接导致发光二极管劣化的原因。申请人经详加研究后，更具体提出由限制MQW与类金刚石层的间距，从而通过声子传递方式由发光二极管中快速移除热点，而达到优化发光二极管的散热效率，进而可维持发光二极管的发光效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发光二极管及其芯片板上封装结构，以改进公知技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供的发光二极管，包括：

一基板；

一半导体外延层，其位于该基板表面，该半导体外延层包括一第一半导体外延层、一活性中间层、以及一第二半导体外延层；

一反射层，其夹置于该半导体外延层及该基板之间；

一金属层，其夹置于该反射层及该基板之间；以及

一碳化物层，其夹置于该金属层及该基板之间；

其中，该活性中间层及该碳化物层间的距离为1至10微米。

所述的发光二极管，其中，该活性中间层及该碳化物层间的距离为2微米。

所述的发光二极管，其中，该金属层为钛、锆、钼或钨。

所述的发光二极管，其中，该碳化物层为类金刚石、石墨烯或其组合。

所述的发光二极管，其中，该类金刚石为一导电性的四面体结构，且该类金刚石的碳原子含量高于95％以上，及该类金刚石的25％以上碳原子具有一扭曲四面体键结结构。

所述的发光二极管，其中，该金属层及该碳化物层为相互堆叠的多层结构。

所述的发光二极管，其中，该第一半导体外延层夹置于该反射层及该活性中间层之间，该活性中间层夹置于该第一半导体外延层与该第二半导体外延层之间。

所述的发光二极管，其中，该半导体外延层含有一掺杂物，该掺杂物为铟。

所述的发光二极管，其中，该基板包含一绝缘层以及一电路基板，该绝缘层的材质选自由类金刚石、氧化铝、陶瓷以及含金刚石的环氧树脂所组群组的至少一种。

所述的发光二极管，其中，该电路基板为一金属板、一陶瓷板或一硅基板。

所述的发光二极管，其中，包括一第二电极，该第二电极设置于该第二半导体外延层表面。

所述的发光二极管，其中，该第一半导体外延层、该反射层、该金属层及碳化物层为P型电性，而该第二半导体外延层及该第二电极为N型电性。

所述的发光二极管，其中，该碳化物层是用以提供该半导体外延层的超声波方式散热。