專利名稱：高亮度、高可靠性的藍寶石襯底基發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種發(fā)光二極管，主要涉及芯片背面金屬反光層以及良好導熱封裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)的品質(zhì)主要有兩方面一是它的亮度；二是它的可靠性。LED的亮度決定因素包括1)芯片的內(nèi)部載流子的輻射復(fù)合效率(亦即器件的內(nèi)量子效率)；2)芯片內(nèi)光子逸出到器件外部自由空間的效率(亦即取光效率)。二者的乘積體現(xiàn)的是LED出光的效率，亦即外量子效率。當前先進的LED技術(shù)已經(jīng)可以實現(xiàn)近50％的外量子效率(參考M.R.Krames等人，Appl.Phys.Lett.75，2365(1999))。另一方面，LED的品質(zhì)很大程度上取決于其在實際應(yīng)用中的可靠性和穩(wěn)定性。通常令人關(guān)注的可靠性能包括1)亮度的衰減比例；2)死燈的幾率等等。這些特性與器件的封裝工藝關(guān)系非常密切?，F(xiàn)有通行的LED封裝工藝主要包括三個步驟1)將LED芯片通過固晶材料固定在金屬支架上；2)將LED芯片的電極通過打引線的方式與金屬支架聯(lián)通；3)用透明的環(huán)氧樹脂將LED芯片覆蓋保護住，同時做出利于取光的透鏡(參考J.A.Silva，等人的Light emitting diode assembly，美國專利號4,358,708)。LED的光衰很大程度上是由于覆蓋在芯片外的環(huán)氧樹脂老化造成的，而老化的速度又取決于芯片內(nèi)部的溫度。如果芯片在工作的時候散熱不良，溫度將升高，這將導致環(huán)氧樹脂老化加重，從而造成更大的LED光衰。關(guān)于LED的死燈現(xiàn)象，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)起因與封裝材料和半導體芯片材料之間的較大熱膨脹系數(shù)差異有關(guān)。如果芯片散熱條件較差，芯片在點亮和不點亮兩種情況下的溫差較大，溫度的變化使得膨脹系數(shù)差異大的兩種材料間產(chǎn)生引力，該引力往往造成引線斷開，器件斷路，從而導致死燈。
以藍寶石為襯底的LED，主要是藍光、綠光以及加熒光粉后的白光LED，的封裝固晶材料通常有兩種選擇，一是采用透明的絕緣膠，二是采用銀膠或焊料。前者可以提供更高的取光效率，因為往透明藍寶石襯底方向傳播的光在到達芯片背面后可以進一步通過透明的絕緣膠，然后在金屬支架上反射回來。相反，如果采用銀膠或焊料作為固晶材料，相當部分的光將被吸收，從而顯著減小了芯片的亮度。但是，另一方面，相對于銀膠或焊料固晶的方案，采用透明絕緣膠固晶的LED又存在散熱差的問題。而這往往導致該類封裝方式的LED可靠性不是很理想。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型旨在克服上述提到的問題，提供一種散熱性優(yōu)良，同時出光效率有較高的LED芯片。
本實用新型的高亮度、高可靠性的藍寶石襯底基發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管包括芯片、支架和外殼，所述芯片包括藍寶石襯底，其特征在于，所述芯片進一步包括反光金屬層，設(shè)置于所述藍寶石襯底背面；固晶層，設(shè)置于所述芯片與所述支架之間。
本實用新型的關(guān)鍵是在LED芯片藍寶石襯底背面沉積用于反光的金屬層，同時配合使用具有良好導熱特性的固晶材料，使得本實用新型的LED不僅出光效率較高，而且器件可靠性也有顯著改善。金屬反光層使得向背面?zhèn)鞑サ墓饨^大部分反射回上表面并取出。而其下的銀膠或焊料又起到良好的導熱作用，使得器件在工作的時候溫升得到控制，這可以顯著改善器件的可靠性以及老化特性。


下面，參照附圖，對于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員而言，從對本實用新型的詳細描述中，本實用新型的上述和其他目的、特征和優(yōu)點將顯而易見。
圖1是完成芯片電極制作的GaN基LED的剖面示意圖；圖2所示的是完成LED圓片藍寶石襯底減薄，然后背面蒸發(fā)金屬反光層的芯片剖面示意圖；圖3是本實用新型采用導熱率優(yōu)良的固晶材料封裝的帶有背面金屬反光層的LED剖面示意圖。
具體實施方式
下面參照圖1至圖3就本實用新型在GaN基的LED的實施形態(tài)作具體說明。
首先如圖1所示，在藍寶石襯底1上外延生長III-族氮化物半導體多層薄膜LED芯片結(jié)構(gòu)，包括n型GaN層2；發(fā)光層4；以及p型GaN層5。然后通過光刻掩膜、離子刻蝕方法刻蝕部分外延層區(qū)域直至露出n型GaN層2以便引出n電極3。接著，在p電極上沉積半透明Ni/Au金屬層作接觸電極6。最后，在p電極上通過光刻掩膜、物理沉積的方法制作用于p電極壓焊點7。
在完成芯片上表面兩個電極制作后，將圓片的藍寶石襯底1的背面減薄至80~100微米厚，然后通過光刻掩膜、物理沉積金屬層、剝離的方法制作背面金屬反光層8，如圖2所示。將LED芯片圓片襯底1減薄到80~100微米主要是為了提高分割芯片的成品率。在完成圓片襯底1背面金屬反光層制作后，利用激光劃片及機械裂片的方式將芯片分割成單立的芯片。
最后，在LED芯片封裝的過程中采用銀膠或焊料等固晶材料8將上述結(jié)構(gòu)的芯片固定在金屬支架9上，如圖3所示。固晶材料8如果采用的是焊料，需要設(shè)備能對支架加熱和冷卻，以便焊料先能熔化，然后固化，實現(xiàn)支架9與芯片間的粘接。如果采用銀膠，則工藝相對簡單，不需要加熱支架。在完成固晶后，打引線11和12，使得芯片與支架9引腳連通。最后用透明的環(huán)氧樹脂將芯片封住，同時利用模具將樹脂做成利于出光的透鏡形狀。至此，具有良好出光效率同時可靠性優(yōu)良的LED制作過程完成。這里的反光金屬層材料包括鋁、鎳、銀、鈀。
雖然已經(jīng)通過上述的例子描述了本實用新型的實施形態(tài)，但是它只是說明性的。事實上，在不違背本實用新型原理的條件下，還可以對其進行各種形式的修改。此外，本實用新型的范圍由所附權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求1.高亮度、高可靠性的藍寶石襯底基發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管包括芯片、支架和外殼，所述芯片包括藍寶石襯底，其特征在于，所述芯片進一步包括反光金屬層，設(shè)置于所述藍寶石襯底背面；固晶層，設(shè)置于所述芯片與所述支架之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高亮度、高可靠性的藍寶石襯底基發(fā)光二極管，其特征在于，所述芯片進一步包括若干劃片槽，設(shè)置在所述襯底背面的所述反光金屬層上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高亮度、高可靠性的藍寶石襯底基發(fā)光二極管，其特征在于，所述固晶層包括銀膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高亮度、高可靠性的藍寶石襯底基發(fā)光二極管，其特征在于，所述固晶層包括焊料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高亮度、高可靠性的藍寶石襯底基發(fā)光二極管，其特征在于，所述反光金屬層材料包括鋁、鎳、銀、鈀。
專利摘要本實用新型公開了高亮度、高可靠性的藍寶石襯底基發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管包括芯片、支架和外殼，所述芯片包括藍寶石襯底，其特征在于，所述芯片進一步包括反光金屬層，設(shè)置于所述藍寶石襯底背面；固晶層，設(shè)置于所述芯片與所述支架之間。本實用新型的關(guān)鍵是在LED芯片藍寶石襯底背面沉積用于反光的金屬層，同時配合使用具有良好導熱特性的固晶材料，使得本實用新型的LED不僅出光效率較高，而且器件可靠性也有顯著改善。金屬反光層使得向背面?zhèn)鞑サ墓饨^大部分反射回上表面并取出。而其下的銀膠或焊料又起到良好的導熱作用，使得器件在工作的時候溫升得到控制，這可以顯著改善器件的可靠性以及老化特性。
文檔編號H01L23/373GK2922135SQ20062004094
公開日2007年7月11日 申請日期2006年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月11日
發(fā)明者江忠永, 劉榕, 田洪濤, 蘭葉, 張建寶 申請人:杭州士蘭明芯科技有限公司