Led芯片的制作工艺、led芯片结构及led封装结构的利记博彩app
【专利摘要】本发明涉及LED芯片的制作工艺、LED芯片结构及LED封装结构。在该制作工艺中，是采用钨钼铜合金（WMoCu）作为衬底。由于钨钼铜合金衬底具有仅次于碳化硅衬底的导热率，但是成本却远低于碳化硅，并且钨铜合金具有耐高温、低膨胀系数、比热容高、机械加工性能好、容易制成镜面等优点，是大功率LED芯片散热衬底的优良选择。本发明中LED芯片从下至上依次包括钨钼铜衬底层、U-GaN缓冲层、N型GaN层，其中N型GaN层表面设有InGaN/GaN多量子阱发光层和N电极，在InGaN/GaN多量子阱发光层上方又依次设置P型AlGaN层、P型GaN层、电流扩展层和P电极。相应地，本发明LED芯片的电流垂直分布，衬底热导率高，可靠性高，发光层背面为金属反射镜，表面有粗化结构，取光效率高。
【专利说明】LED芯片的制作工艺、LED芯片结构及LED封装结构
【技术领域】
[0001]本发明属于LED【技术领域】，特指LED芯片的制作工艺、LED芯片结构及LED封装结构。
【背景技术】
[0002]LED芯片制作中，使用蓝宝石作为衬底存在一些问题，晶格失配和热应力失配，这会在外延层中产生大量缺陷，同时给后续的器件加工工艺造成困难。蓝宝石是一种绝缘体，常温下的电阻率大于1011 Ω.Cm，在这种情况下无法制作垂直结构的器件；通常只在外延层上表面制作η型和P型电极。在上表面制作两个电极，造成了有效发光面积减少，同时增加了器件制造中的光刻和刻蚀工艺过程，结果使材料利用率降低、成本增加。由于P型GaN掺杂困难，由于P型GaN掺杂困难，当前普遍采用在P型GaN上制备金属透明电极的方法，使电流扩散，以达到均匀发光的目的。但是金属透明电极一般要吸收约30-40%的光，同时GaN基材料的化学性能稳定、机械强度较高，不容易对其进行刻蚀，因此在刻蚀过程中需要较好的设备，这将会增加生产成本。蓝宝石的硬度非常高，在自然材料中其硬度仅次于金刚石，但是在LED器件的制作过程中却需要对它进行减薄和切割(从400nm减到100nm左右)，添置完成减薄和切割工艺的设备又要增加一笔较大的投资。蓝宝石的导热性能不是很好(在100°C约为25W/ Cm.K))。因此在使用LED器件时，会传导出大量的热量；特别是对面积较大的大功率器件，导热性能是一个非常重要的考虑因素。相对于蓝宝石衬底而言，碳化硅制造成本较高，实现其商业化还需要降低相应的成本。当前用于GaN基LED的衬底材料比较多，但是能用于商品化的衬底目前只有两种，即蓝宝石和碳化硅衬底。采用碳化硅作为基底以后，的确可以大为改善其散热，但是其成本过高，最近国内的厂商开始采用硅材料作为基底，性能还优于蓝宝石，唯一的问题是GaN的膨胀系数和硅相差太大而容易发生龟裂。其它诸如GaN、ZnO等衬底还处于研发阶段，离产业化还有一段距离。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服现有技术的上述不足之处，目的之一是提供一种LED芯片的制作工艺。
[0004]在该制作工艺中，是采用钨钥铜合金(WMoCu)作为衬底。
[0005]该制作工艺具体是:以钨钥铜合金作为衬底层，在钨钥铜衬底层上外延生长AlN缓冲层，然后依次生长η型GaN层、InGaN/GaN多量子阱发光层、P型AlGaN层、P型GaN层，接着在P型GaN层表面依次制作电流扩展层以及P电极；然后通过热压焊方法把外延层转移到导电基板上，再用WMoCu腐蚀液把WMoCu衬底腐蚀去除并暴露η型GaN层，使用碱腐蚀液对η型面粗化后再形成η型欧姆接触，这样就完成了垂直结构LED芯片的制作。
[0006]该制作工艺中，采用Thomas Swan CCS低压MOCVD系统，使用三甲基镓(TMGa)为Ga源、三甲基铝(TMAI)为Al源、三甲基铟(TMIn)为In源、氨气(NH3)为N源、硅烷(SiH4)和二茂镁(CP2Mg)分别用作η型和P型掺杂剂。[0007]该制作工艺中，所述钨钥铜合金中钨的重量百分比为849 90%，余量为钥、铜。
[0008]由于钨钥铜合金衬底具有仅次于碳化硅衬底的导热率，但是成本却远低于碳化娃，并且钨铜合金具有耐高温、低膨胀系数、比热容高、机械加工性能好、容易制成镜面等优点，是大功率LED芯片散热衬底的优良选择。
[0009]本发明目的之二是提供一种钨钥铜合金衬底LED芯片结构。
[0010]所述LED芯片从下至上依次包括钨钥铜衬底层、U-GaN缓冲层、N型GaN层，其中N型GaN层表面设有InGaN/GaN多量子阱发光层和N电极，在InGaN/GaN多量子阱发光层上方又依次设置P型AlGaN层、P型GaN层、电流扩展层和P电极。
[0011]这种结构的LED芯片电流垂直分布，衬底热导率高，可靠性高；发光层背面为金属反射镜，表面有粗化结构，取光效率高。
[0012]本发明目的之三是提供一种钨钥铜合金衬底LED的封装结构。
[0013]该封装结构包括具有反射杯的LED支架，于该反射杯中心通过粘接胶粘接LED芯片，LED芯片的两极分别通过金线与LED支架电极连接并与LED支架引脚导通；于1 0芯片表面涂覆荧光胶；于LED支架的上表面封装覆盖所述反射杯及其内LED芯片、金线、LED支架电极的硅胶，且于LED支架的下表面设置钨钥铜合金基热沉。
[0014]其中，所述的荧光粉为含蓝光LED激发YAG、硅酸盐、氮氧化物多基色体系荧光粉。
[0015]所述LED支架的反射杯杯面呈鳞面状。
[0016]所述的LED支架为194合金金属支架。
[0017]本发明LED的封装结构对于取光效率、散热性能、加大工作电流密度的设计都是最佳的，其主要表现在:热阻低(小于10 V /W)，可靠性高，封装内部填充稳定的柔性胶凝体，在-40°c-120°c范围，不会因温度骤变产生的内应力，使金丝与支架断开，并防止有机封装材料变黄，引线框架也不会因氧化而沾污；优化的封装结构设计使光学效率、外量子效率性能优异。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明中LED芯片结构的示意图。
[0019]图2是本发明中LED封装结构示意图。
[0020]图3是图2中A处的局部放大图。
【具体实施方式】
[0021 ] 下面结合具体实施例和附图对本发明进一步说明。
[0022]本发明LED芯片制作工艺中，是采用钨钥铜合金(WMoCu)作为衬底，代替常用的蓝宝石和碳化硅材料作为衬底。所述钨钥铜合金中钨的重量百分比为849 90%，余量为钥、铜。
[0023]该制作工艺具体是:以钨钥铜合金作为衬底层，在钨钥铜衬底层上外延生长AlN缓冲层，然后依次生长η型GaN层、InGaN/GaN多量子阱发光层、P型AlGaN层、P型GaN层，接着在P型GaN层表面依次制作电流扩 展层以及P电极；然后通过热压焊方法把外延层转移到导电基板上，再用WMoCu腐蚀液把WMoCu衬底腐蚀去除并暴露η型GaN层，使用碱腐蚀液对η型面粗化后再形成η型欧姆接触，这样就完成了垂直结构LED芯片的制作。
[0024]该制作工艺中，采用Thomas Swan CCS低压MOCVD系统，使用三甲基镓(TMGa)为Ga源、三甲基铝(TMAI)为Al源、三甲基铟(TMIn)为In源、氨气(NH3)为N源、硅烷(SiH4)和二茂镁(CP2Mg)分别用作η型和P型掺杂剂。
[0025]由于钨钥铜合金衬底具有仅次于碳化硅衬底的导热率，但是成本却远低于碳化娃，并且钨铜合金具有耐高温、低膨胀系数、比热容高、机械加工性能好、容易制成镜面等优点，是大功率LED芯片散热衬底的优良选择。
[0026]用WMoCu作GaN发光二极管衬底，使LED的制造成本大大降低，与蓝宝石和碳化硅衬底相比，在WMoCu衬底上生长GaN更为简单，且由于这两者之间的热和晶格匹配良好，WMoCu与GaN的热膨胀系数差别也使得GaN膜不易出现龟裂，晶格常数在GaN外延层中表现良好。
[0027]当采用上述LED芯片制作工艺时，呈现如图1所示的钨钥铜合金衬底LED芯片中间结构，其从下至上依次包括钨钥铜衬底层1、U-GaN缓冲层2、N型GaN层3，其中N型GaN层3表面设有InGaN/GaN多量子阱发光层4和N电极5，在InGaN/GaN多量子阱发光层4上方又依次设置P型AlGaN层6、P型GaN层7、电流扩展层8和P电极9。电流扩展层8为ITO (氧化铟锡)或Ni/Au材质。
[0028]这种结构芯片电流垂直分布，衬底热导率高，可靠性高；发光层背面为金属反射镜，表面有粗化结构，取光效率高。
[0029]总之，采用本发明LED芯片的制作工艺及其相应的LED芯片结构，具有以下积极效果:
(I)改善了 WMoCu与GaN两者之间的热和晶格，解决了 GaN单晶膜的龟裂问题，可获得厚度大于4 μ m的无裂纹GaN外延膜。
[0030](2)通过引入A1N，AlGaN多层缓冲层，大大缓解了 WMoCu衬底上外延GaN材料的应力，提闻了晶体质量，从而提闻了发光效率。
[0031](3)通过优化设计η-GaN层中WMoCu浓度结构及量子阱/垒之间的界面生长条件，减小了芯片的反向漏电流并提高了芯片的抗静电性能。
[0032](4)通过调节P型层镁浓度结构，降低了 LED器件的工作电压；通过优化P型GaN的厚度，改善了芯片的取光效率。
[0033](5)通过优化外延层结构及掺杂分布，减小串联电阻，降低工作电压，减少热产生率，提升了 LED的工作效率并改善器件的可靠性。
[0034](6)采用多层金属结构，同时兼顾欧姆接触、反光特性、粘接特性和可靠性，优化焊接技术，解决了银反射镜与P-GaN粘附不牢且接触电阻大的问题。
[0035](7)采用多种焊接金属，优化焊接条件，使GaN薄膜和导电WMoCu基板之间的牢固结合，解决了该过程中产生的裂纹问题。
[0036](8)通过湿法和干法相结合的表面粗化，减少了内部全反射和波导效应引起的光损失，提高LED的外量子效率，使器件获得了较高的出光效率。
[0037](9)解决了 GaN表面粗化深度不够且粗化不均匀的问题，解决了粗化表面清洗不干净的难题并优化了 N电极的金属结构，在粗化的N极性η-GaN表面获得了低阻且稳定的欧姆接触。
[0038]再如图2、图3所示的本发明钨钥铜合金衬底LED的封装结构。该封装结构包括具有反射杯101的LED支架100，于该反射杯101中心通过粘接胶102粘接LED芯片200，LED芯片200的两极分别通过金线300与LED支架电极103连接并与LED支架引脚104导通；于LED芯片200表面涂覆荧光胶400 ;于LED支架100的上表面封装有覆盖所述反射杯100及其内LED芯片200、金线300、LED支架电极103的硅胶500，且于LED支架100的下表面设置钨钥铜合金基热沉600。
[0039]其中，所述的荧光粉为含蓝光LED激发YAG、硅酸盐、氮氧化物多基色体系荧光粉，可发射黄、绿、红光从而合成白光。
[0040]所述LED支架100的反射杯101杯面呈鳞面状，即采用微雕篆刻工艺在反射杯杯面雕刻出若干鳞片状，使其整体呈现鱼鳞面效果，这种鳞面状反射杯的反射效果更佳，较普通反射杯光效可提高20%，并减少了全反射，使器件获得高取光效率和合适的光学空间分布。
[0041]所述的LED支架100为194合金金属支架，194合金金属支架的导热系统较高，高导热系数的金属支架配合导热导电的粘接胶粘结芯片，从而获得低热阻的良好散热通道，使产品光衰(5% (IOOOh)。
[0042]封装采用仿流明的支架封装形式，其外形有朗柏型、矩形和双翼型。其制作过程为:使用导热系数较高的194合金金属支架，先将LED芯片200粘接在LED支架100的反光杯101中心底部，再通过键合工艺将金线300连接LED芯片100与LED支架电极103，完成电气连接，最后用有机封装材料(如硅胶)覆盖LED芯片100和金线300，硅胶500覆盖范围涵盖整个反光杯101，形成封装保护和光学通道。
[0043]本发明LED的封装结构对于取光效率、散热性能、加大工作电流密度的设计都是最佳的，其主要表现在:热阻低(小于10 V /W)，可靠性高，封装内部填充稳定的柔性胶凝体，在-40°c?120°c范围，不会因温度骤变产生的内应力，使金丝与支架断开，并防止有机封装材料变黄，引线框架也不会因氧化而沾污；优化的封装结构设计使光学效率、外量子效率性能优异。
【权利要求】
1.一种LED芯片的制作工艺，其特征在于:该制作工艺中是采用钨钥铜合金作为衬底。
2.根据权利要求1所述的LED芯片的制作工艺，其特征在于:该制作工艺具体是:以钨钥铜合金作为衬底层，在钨钥铜衬底层上外延生长AlN缓冲层，然后依次生长η型GaN层、InGaN/GaN多量子阱发光层、P型AlGaN层、p型GaN层，接着在p型GaN层表面依次制作电流扩展层以及P电极；然后通过热压焊方法把外延层转移到导电基板上，再用WMoCu腐蚀液把WMoCu衬底腐蚀去除并暴露η型GaN层，使用碱腐蚀液对η型面粗化后再形成η型欧姆接触，这样就完成了垂直结构LED芯片的制作。
3.根据权利要求2所述的LED芯片的制作工艺，其特征在于:该制作工艺中，采用Thomas Swan CCS低压MOCVD系统，使用三甲基镓(TMGa)为Ga源、三甲基铝(TMAI)为Al源、三甲基铟(TMIn)为In源、氨气(NH3)为N源、硅烷(SiH4)和二茂镁(CP2Mg)分别用作η型和P型掺杂剂。
4.根据权利要求1或2所述的LED芯片的制作工艺，其特征在于:所述钨钥铜合金中钨的重量百分比为84%-90%，余量为钥、铜。
5.一种钨钥铜合金衬底LED芯片结构，其特征在于:所述LED芯片从下至上依次包括钨钥铜衬底层(l)、U-GaN缓冲层(2)、N型GaN层(3)，其中N型GaN层(3)表面设有InGaN/GaN多量子阱发光层(4)和N电极(5)，在InGaN/GaN多量子阱发光层(4)上方又依次设置P型AlGaN层(6)、P型GaN层(7)、电流扩展层(8)和P电极(9)。
6.一种钨钥铜合金衬底LED的封装结构，其特征在于:该封装结构包括具有反射杯(101)的LED支架(100)，于该反射杯(101)中心通过粘接胶(102)粘接LED芯片(200)，LED芯片(200)的两极分别通过金线(300)与LED支架电极(103)连接并与LED支架引脚(104)导通；于LED芯片(200)表面涂覆荧光胶(400);于LED支架(100)的上表面封装覆盖所述反射杯(100)及其内LED芯片(200),金线(300), LED支架电极(103)的硅胶(500),且于LED支架(100)的下表面设置钨钥铜合金基热沉(600)。
7.根据权利要求6所述的钨钥铜合金衬底LED的封装结构，其特征在于:所述的荧光粉为含蓝光LED激发YAG、硅酸盐、氮氧化物多基色体系荧光粉。
8.根据权利要求6所述的钨钥铜合金衬底LED的封装结构，其特征在于:所述LED支架(100)的反射杯(101)杯面呈鳞面状。
9.根据权利要求6或8所述的钨钥铜合金衬底LED的封装结构，其特征在于:所述的LED支架(100)为194合金金属支架。
【文档编号】H01L33/64GK103441212SQ201310420861
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年9月16日 优先权日:2013年9月16日
【发明者】廖昆 申请人:江西量一光电科技有限公司