專利名稱：具有改良結(jié)構(gòu)的大功率發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體照明光電器件結(jié)構(gòu)，特別涉及一種具有改良結(jié)構(gòu)的大功率發(fā)光二極管，屬于半導(dǎo)體光電領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光電器件是指電能和光能相互轉(zhuǎn)化的一種半導(dǎo)體器件。其包含激光器、光電探測器、太陽能電池、發(fā)光二極管(LED)等器件。其中，LED是生活中應(yīng)用最為廣泛的光電器件。 近年來，隨著氮化鎵基藍(lán)光、綠光和紫外光LED技術(shù)的不斷成熟，發(fā)光效率不斷提高，LED 在照明領(lǐng)域獲得越來越廣泛的應(yīng)用。LED作為第四代光源有著眾多的優(yōu)點(diǎn)，如發(fā)光效率高(最新研究成果已實(shí)現(xiàn)了白光2081m/W，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過白熾燈和熒光燈，因而在節(jié)能方面有更加優(yōu)異的表現(xiàn))；光波長范圍窄，色彩飽度高；作為固體光源，安裝牢固，可靠性和穩(wěn)定性高；體積小、重量輕、點(diǎn)光源，實(shí)際應(yīng)用靈活方便；基于氮化鎵的LED不含汞等有毒重金屬， 屬于綠色環(huán)保光源；可以進(jìn)行數(shù)字調(diào)光，便于實(shí)現(xiàn)智能化控制。因此，LED在照明領(lǐng)域得到越來越普遍的應(yīng)用。目前，LED已經(jīng)廣泛應(yīng)用到大屏幕顯示、裝飾照明、建筑照明、交通指示、液晶背光等領(lǐng)域，可是普通照明作為一個(gè)更大的市場，LED卻尚未得到廣泛應(yīng)用。其原因在于，普通照明需要高效率、大功率、穩(wěn)定可靠、成本低廉的LED產(chǎn)品，尤其是對(duì)于大面積、大功率LED， 導(dǎo)熱和散熱不良是影響器件性能的關(guān)鍵問題。由芯片散熱和導(dǎo)熱不良引起的芯片中心附近結(jié)溫過高，會(huì)使芯片溫度分布不均勻，不僅會(huì)降低芯片發(fā)光效率，而且會(huì)嚴(yán)重影響芯片的可靠性。其原因在于，對(duì)于大面積、大功率的LED，需要在大的電流下工作，而此時(shí)LED芯片每一個(gè)部分都會(huì)有熱量的產(chǎn)生，而由于芯片邊緣相對(duì)更容易將產(chǎn)生的熱量釋放到周圍空氣中，而靠近芯片中心部分產(chǎn)生的熱量相對(duì)難以傳導(dǎo)到芯片邊緣，因此熱量會(huì)集中在芯片中心的位置兒難以向四周傳導(dǎo)，其結(jié)果是整個(gè)芯片溫度分布不均勻，從芯片四周到芯片中心形成溫度分布的梯度。如果將大面積的LED芯片等效為眾多截面積相等的小電阻之間并聯(lián)，那么當(dāng)給LED芯片提供電流時(shí)，電極陽極和陰極之間存在電壓，等效為眾多并聯(lián)的小電阻兩端的電壓都是相同的，所以對(duì)于電阻率降低的電阻，流過該部分的電流值將增大。由于半導(dǎo)體的電阻率隨溫度升高而降低，所以一旦LED芯片中心溫度過高，此處的電阻率會(huì)比芯片邊緣部分低，導(dǎo)致此處流過的電流將會(huì)比芯片邊緣處大，表現(xiàn)為電流更多集中在芯片中心部分。電流的集中會(huì)使芯片中心部分產(chǎn)生更多的熱量，進(jìn)一步降低芯片中心的電阻率， 進(jìn)而導(dǎo)致芯片中心部分更嚴(yán)重的電流集中，從而進(jìn)一步產(chǎn)生更多的熱量，因此形成電流增大和溫度升高的正反饋效應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致芯片邊緣與芯片中心的溫度差逐漸增大。這不僅會(huì)降低LED芯片的發(fā)光效率，而且在芯片封裝時(shí)會(huì)降低熒光粉的激射效率，甚至導(dǎo)致LED芯片因溫度過高而燒壞。改善芯片結(jié)溫不均勻，主要有幾個(gè)方面一、提高器件本身的導(dǎo)熱能力，使芯片中心的熱量更快地傳導(dǎo)到芯片邊緣，以達(dá)到芯片結(jié)溫分布的均勻。二、提高封裝材料的導(dǎo)熱和散熱能力，一方面使熱量盡快從芯片向封裝基板和底座傳導(dǎo)，另一方面使熱量盡快從基板和燈具向外散發(fā)。器件本身的導(dǎo)熱能力和半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率是相關(guān)，而大功率LED所采用的氮化鎵材料的電導(dǎo)率是其材料本身的固有性質(zhì)，材料的質(zhì)量是由其生長過程和工藝控制決定的。目前，盡管大量的研究集中在氮化鎵材料的生長方面，但是通過改進(jìn)材料生長和工藝環(huán)節(jié)來改善氮化鎵材料的質(zhì)量，并不能從根本上解決大芯片LED結(jié)溫分布不均勻的問題。目前，主要的研究集中在封裝材料的導(dǎo)熱性能，比如采用鋁等導(dǎo)熱率高的材料做基板， 實(shí)現(xiàn)集中在芯片部分的熱量更快的傳遞到外部環(huán)境中。然而，封裝環(huán)節(jié)作為芯片外部的部分，很難解決芯片本身結(jié)溫分布不均勻的問題。由此可見，要解決大功率、大芯片LED結(jié)溫分布不均勻的問題，除了提高材料的質(zhì)量外，還必須對(duì)芯片結(jié)構(gòu)進(jìn)行新的設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種具有改良結(jié)構(gòu)的大功率發(fā)光二極管，其通過采用圖形化有源區(qū)和多指狀電極設(shè)計(jì)，可以改善芯片結(jié)溫分布不均勻的現(xiàn)象，提高大功率、大芯片LED器件的可靠性。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案一種具有改良結(jié)構(gòu)的大功率發(fā)光二極管，包括按從上到下的方向依次疊設(shè)的第一半導(dǎo)體層、有源層和第二半導(dǎo)體層，其特征在于所述第一半導(dǎo)體層和有源層的局部區(qū)域形成窗口，令第二半導(dǎo)體層的局部區(qū)域自所述窗口中露出，且使第一半導(dǎo)體層和有源層的其余區(qū)域形成圖形化結(jié)構(gòu)，同時(shí)，所述第一半導(dǎo)體層的其余區(qū)域以及所述第二半導(dǎo)體層自所述窗口中露出的區(qū)域上還均覆設(shè)有電極。優(yōu)選的，前述第一半導(dǎo)體層和有源層具有相同的圖形化結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步的，前述第一半導(dǎo)體層和有源層上分布有復(fù)數(shù)個(gè)窗口，該復(fù)數(shù)個(gè)窗口組成叉指狀結(jié)構(gòu)。前述電極包括分別覆設(shè)在第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層上的陽極和陰極。優(yōu)選的，前述電極均具有叉指狀結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步優(yōu)選的，前述陽極和陰極的面積分別小于第一半導(dǎo)體層其余區(qū)域和第二半導(dǎo)體層自所述窗口中露出的區(qū)域的面積。前述第一半導(dǎo)體層和/或第二半導(dǎo)體層具有由一種以上半導(dǎo)體材料組成的疊層結(jié)構(gòu)。前述窗口貫穿第一半導(dǎo)體層和有源層后還延伸至第二半導(dǎo)體層中的設(shè)定深度處。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果至少在于通過對(duì)第一半導(dǎo)體層和有源層進(jìn)行圖形化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得芯片內(nèi)部的有源區(qū)面積減少，進(jìn)而使得芯片內(nèi)部載流子非輻射復(fù)合產(chǎn)生的熱量減少，縮小了芯片內(nèi)部和四周的溫度差，改善了芯片結(jié)溫分布不均勻的狀況， 提高了大芯片、大面積LED的可靠性。


圖Ia是實(shí)施例1中大功率發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖Ib是實(shí)施例1中大功率發(fā)光二極管的俯視圖；圖Ic是實(shí)施例1中大功率發(fā)光二極管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖加是實(shí)施例2中大功率發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2b是實(shí)施例2中大功率發(fā)光二極管的俯視圖；圖2c是實(shí)施例2中大功率發(fā)光二極管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的大功率發(fā)光二極管，其核心設(shè)計(jì)思想是采用圖形化的有源區(qū)結(jié)構(gòu)。具體而言，該發(fā)光二極管包括分別位于上、下層的第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層，該第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層之間有一層有源區(qū)結(jié)構(gòu)，該第一半導(dǎo)體層和有源區(qū)的部分區(qū)域露出下方的第二半導(dǎo)體層，第一半導(dǎo)體層和有源區(qū)的其余區(qū)域則形成圖形化結(jié)構(gòu)，且第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層暴露于外的區(qū)域上均覆蓋有電極。作為一種優(yōu)選的實(shí)施方案，前述第一半導(dǎo)體層和有源區(qū)可具有相同的圖形化結(jié)構(gòu)。作為又一種優(yōu)選的實(shí)施方案，前述第一半導(dǎo)體層和有源區(qū)上露出區(qū)域(窗口區(qū)域)的形狀是叉指狀或者附加其它更多的形狀叉指狀。前述第一半導(dǎo)體層上面覆蓋有陽極電極，第二半導(dǎo)體層露出區(qū)域的上面覆蓋有陰極電極，且該陰極和陽極的形狀均優(yōu)選為叉指狀。再及，前述陽極形狀小于第一半導(dǎo)體層的形狀，而陰極形狀小于第二半導(dǎo)體層露出部分的形狀。以下結(jié)合附圖及若干較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步非限制性的詳細(xì)說明。實(shí)施例1參閱圖Ia lc，該大功率發(fā)光二極管器件包括第一半導(dǎo)體層1，有源區(qū)半導(dǎo)體層2以及由半導(dǎo)體層31、32組成的第二半導(dǎo)體層。前述半導(dǎo)體層1和有源區(qū)2上形成有多指狀的窗口，令半導(dǎo)體層32面露出部分的圖形為相應(yīng)的多指狀圖形，以及令第一半導(dǎo)體層和有源區(qū)的其余區(qū)域亦形成圖形化結(jié)構(gòu)。當(dāng)半導(dǎo)體層1上的其余區(qū)域和半導(dǎo)體層32 的露出區(qū)域分別接入陽極和陰極并通電時(shí)，有源區(qū)層2可以發(fā)出可見光。需要說明的是，前述半導(dǎo)體層1、31可以由能夠接觸形成有源區(qū)2并產(chǎn)生電致發(fā)光的任何半導(dǎo)體材料組成。實(shí)施例2參閱圖加 2c，該大功率發(fā)光二極管包括第一半導(dǎo)體層4，有源區(qū)半導(dǎo)體層5以及由半導(dǎo)體層61、62組成的第二半導(dǎo)體層。陽極電極71和陽極電極焊接處72覆蓋在半導(dǎo)體層4上面，陰極電極81和陰極電極焊接處82覆蓋在半導(dǎo)體61和62上面露出的區(qū)域.前述的陽極和陰極電極的形狀均為多指狀。通過采用前述設(shè)計(jì)，可使芯片內(nèi)部的有源區(qū)面積大幅減少，進(jìn)而使得芯片內(nèi)部載流子非輻射復(fù)合產(chǎn)生的熱量減少，縮小了芯片內(nèi)部和四周的溫度差，改善了芯片結(jié)溫分布不均勻的狀況，提高了大芯片、大面積LED的可靠性。以上實(shí)施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下所作出的各種變換或變型，均屬于本發(fā)明的范
權(quán)利要求
1.一種具有改良結(jié)構(gòu)的大功率發(fā)光二極管，包括從上到下依次疊設(shè)的第一半導(dǎo)體層、 有源層和第二半導(dǎo)體層，其特征在于所述第一半導(dǎo)體層和有源層的局部區(qū)域形成窗口，令第二半導(dǎo)體層的局部區(qū)域自所述窗口中露出，且使第一半導(dǎo)體層和有源層的其余區(qū)域形成圖形化結(jié)構(gòu)，同時(shí)，所述第一半導(dǎo)體層的其余區(qū)域以及所述第二半導(dǎo)體層自所述窗口中露出的區(qū)域上還均覆設(shè)有電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有改良結(jié)構(gòu)的大功率發(fā)光二極管，其特征在于所述第一半導(dǎo)體層和有源層具有相同的圖形化結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有改良結(jié)構(gòu)的大功率發(fā)光二極管，其特征在于所述第一半導(dǎo)體層和有源層上分布有復(fù)數(shù)個(gè)窗口，該復(fù)數(shù)個(gè)窗口組成叉指狀結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有改良結(jié)構(gòu)的大功率發(fā)光二極管，其特征在于所述電極包括分別覆設(shè)在第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層上的陽極和陰極。
5.根據(jù)權(quán)利要求書1或4所述的具有改良結(jié)構(gòu)的大功率發(fā)光二極管，其特征在于所述電極均具有叉指狀結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求書4所述的具有改良結(jié)構(gòu)的大功率發(fā)光二極管，其特征在于所述陽極和陰極的面積分別小于第一半導(dǎo)體層其余區(qū)域和第二半導(dǎo)體層自所述窗口中露出的區(qū)域的面積。
7.根據(jù)權(quán)利要求書1或6所述的具有改良結(jié)構(gòu)的大功率發(fā)光二極管，其特征在于所述第一半導(dǎo)體層和/或第二半導(dǎo)體層具有由一種以上半導(dǎo)體材料組成的疊層結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求書1或3所述的具有改良結(jié)構(gòu)的大功率發(fā)光二極管，其特征在于所述窗口貫穿第一半導(dǎo)體層和有源層后還延伸至第二半導(dǎo)體層中的設(shè)定深度處。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有改良結(jié)構(gòu)的大功率發(fā)光二極管，包括從上到下依次疊設(shè)的第一半導(dǎo)體層、有源層和第二半導(dǎo)體層，所述第一半導(dǎo)體層和有源層的局部區(qū)域形成窗口，令第二半導(dǎo)體層的局部區(qū)域自所述窗口中露出，且使第一半導(dǎo)體層和有源層的其余區(qū)域形成圖形化結(jié)構(gòu)，同時(shí)，所述第一半導(dǎo)體層的其余區(qū)域以及所述第二半導(dǎo)體層自所述窗口中露出的區(qū)域上還均覆設(shè)有電極。本發(fā)明通過對(duì)第一半導(dǎo)體層和有源區(qū)進(jìn)行圖形化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使芯片內(nèi)部的有源區(qū)面積減少，并使芯片內(nèi)部載流子非輻射復(fù)合產(chǎn)生的熱量減少，縮小了芯片內(nèi)部和四周的溫度差，改善了芯片結(jié)溫分布不均勻的狀況，提高了大芯片、大面積LED的可靠性。
文檔編號(hào)H01L33/24GK102185066SQ20111010504
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月26日
發(fā)明者亢國純, 張寶順, 王瑋, 蔡勇 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所