[实用新型]一种生长在荧光材料与蓝宝石复合衬底上的LED芯片

说明书

本实用新型提出的一种生长在荧光材料与蓝宝石复合衬底上的LED芯片，其特征是，包括依次设置的荧光材料与蓝宝石复合衬底，在复合衬底的蓝宝石一侧的GaN过渡层，n‑GaN层，多层量子井结构的发光层GaN/InGaN，p‑GaN层，以及阳极和阴极。由于芯片直接生长在荧光材料与蓝宝石复合衬底之上，而具有良好导热性和优异耐热性的陶瓷荧光材料层直接与芯片发光面无缝隙接触，芯片和荧光材料的导热和散热环境都得到显著的改善，从而提高芯片整体的发光性能和使用寿命。同时也实现了在晶圆制造过程中完成荧光膜的封装，显著降低了后期的封装成本，提高了同一晶圆中每颗芯片品质的一致性。

技术领域

本实用新型涉及一种LED芯片的设计，应用于LED照明和显示领域。

背景技术

LED将电能转换成光能，已经广泛地应用于照明、显示、传感、通讯等众多领域。在其应用范围和规模不断扩大的同时，人们对其性能和成本的要求也越来越高。为了满足这些需求，LED芯片技术正朝着微型化、高功率、低成本的方向发展。随着单颗LED芯片的尺寸越来越小、功率密度越来越大，如何保证芯片在工作状态下产生更小的热量、更有效地及时地散发所产生的热量以保证其电光转换效率和可靠性，成为越来越严重的挑战。

典型的LED芯片，例如蓝光LED芯片，其结构如图1所示。在蓝宝石衬底101上依次生长GaN过渡层102，N-GaN层103、多层量子井结构的发光层GaN/GaInN 104、p-GaN层105、以及阳极层106和阴极层107。芯片从晶圆是切割成单颗后转移到散热衬底(submount)108上，芯片与衬底的电连接依靠引线结合(wire bonding)。为了让从LED芯片发出的蓝光转换成白光，由荧光粉和树脂混合而成的荧光胶涂覆于LED芯片出光面105。

图1所示的这种上面发光的LED芯片结构需要通过引线结合把芯片的电极连接到散热衬底上，不仅工序复杂，而且也会引起长期使用过程中的可靠性问题。芯片与散热衬底的导热问题也严重影响到芯片在工作状态下产生的热量得到及时的导出。p-电极设计在发光面上也导致总的光输出受到一部分损失。上面这些问题对大功率芯片尤其严重。为解决上述这些问题，如图2所示的倒装LED芯片设计被提出并开始得到越来越广泛的采用。如图2所示，这种结构的芯片，出光面是与蓝宝石衬底直接接触的n-GaN的表面，通过透明的蓝宝石衬底向外输出。而芯片的电极与散热衬底的电接触不再采用引线结合，而采用直接焊接的方法，解决了由于引线结合引起的可靠性问题。

但是，发光面荧光薄膜仍然由荧光粉和有机树脂混合而成。由于树脂极差的导热性和耐热性，荧光薄膜的散热不良、转换效率衰减和长期使用过程中的可靠性等问题依然存在。尽管开始采用用由荧光材料单独或其与玻璃混合直接烧结的荧光片代替荧光粉和树脂制成的荧光膜，旨在改善芯片和荧光薄膜的散热和耐热，但由于荧光片与芯片发光面的粘结是通过有机透明胶实现的，上面的问题仍然存在。而且，与荧光粉/树脂荧光膜一样，荧光膜片的粘贴仍然是在晶圆切割成单科芯片以后，一颗一颗芯片进行的，不仅费时费工，也难以保证每颗芯片的一致性。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的问题，提出了一种直接生长在荧光材料蓝宝石复合衬底上的LED 芯片。

本实用新型是通过以下技术方案得以实现的：

本实用新型提出的LED芯片，如图3所示意，包括依次设置的荧光材料与蓝宝石复合衬底301，复合衬底的蓝宝石一侧的GaN过渡层302，n-GaN层303，多层量子井结构的发光层GaN/InGaN 304，p-GaN 层305，以及阳极306和阴极307。由于芯片直接生长在荧光材料与蓝宝石复合衬底301之上，而具有良好导热性和优异耐热性的陶瓷荧光材料层直接与芯片发光面无缝隙接触，芯片和荧光材料的导热和散热环境都得到显著的改善，从而提高芯片整体的发光性能和使用寿命。同时也实现了在晶圆制造过程中完成荧光膜的封装，显著降低了后期的封装成本，提高了同一晶圆中每颗芯片品质的一致性。