专利名称：一种led结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及LED发光二极管技术领域，具体地说，涉及从外延到封装应用的一种LED结构。
背景技术：
大功率的蓝光发光二极管因其节能环保效果显著，用途越来越广泛，正在从原来的公共照明领域向家用照明领域发展。由于现有的蓝光芯片，通常采用蓝宝石(即三氧化二铝)做衬底，GaN基材料和器件的外延层主要生长在蓝宝石衬底上。使用蓝宝石作为衬底存在一些问题，例如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；蓝宝石的导热性能不是很好，散热性差，在使用LED芯片做成的器件时，会传导出大量的热量， 使器件的光输出效率低；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需要考虑的因素。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种散热性好、导热效果好、光输出效率高的从外延到应用的一种LED结构。为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是一种LED结构，包括外延结构和应用结构，所述的应用结构包括高频散热铝板，所述高频散热铝板上依次设置有直接镀铜陶瓷基板、硅衬底芯片、荧光陶瓷层和玻璃陶瓷透镜；所述硅衬底芯片的外延结构包括依次设置的硅衬底、烧结层、P+GaN接触层、PAIGaN过渡层、InGaN/GaN发光层和N-GaN接触层。作为优选的技术方案，所述直接镀铜陶瓷基板的厚度为1. 5mm。作为优选的技术方案，所述硅衬底的厚度为60um。作为优选的技术方案，所述荧光陶瓷层的厚度为1mm。作为优选的技术方案，所述P+GaN接触层的厚度为IOOnm lOOOnm。作为优选的技术方案，所述P+GaN接触层的厚度为250nm。作为优选的技术方案，所述hGaN/GaN发光层的厚度为IOOOnm lOOOOnm。作为优选的技术方案，所述hGaN/GaN发光层的厚度为2500nm。作为优选的技术方案，所述N-GaN接触层的厚度为IOOnm lOOOnm。作为优选的技术方案，所述N-GaN接触层的厚度为500nm。由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是由于本实用新型的LED结构的蓝光芯片采用硅衬底，硅是热的良导体，器件的导热性能可以明显改善，增大了 LED的发光面积，从而提高了 LED的出光效率，也延长了器件的使用寿命。本实用新型采用高频散热铝板、直接镀铜陶瓷基板作为新型LED散热材料，可进一步提高LED结构的散热效果和光输出效率。本实用新型的硅衬底芯片上面采用荧光陶瓷，替代传统的芯片上涂覆YAG荧光粉，荧光陶瓷可以有效缩减封装工艺步骤、降低热阻、提高出光效率、提高器件可靠性，优化最终的白光LED封装结构，降低成本。本实用新型采用玻璃陶瓷透镜，可提高LED结构的二次光学性能。总之，本实用新型的从外延到应用的LED结构，解决了现有的大功率蓝光发光二极管存在的外延结构、LED散热材料、封装透镜等存在的问题，能够较大程度地提高蓝光发光二极管的内外量子效率。同时，该LED结构的生产工艺简单，适于大批量生产。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型实施例中的应用结构示意图；图2是本实用新型实施例中用铝酸锂做过渡衬底时的外延结构示意图；图3是本实用新型实施例中将铝酸锂衬底去掉换成硅衬底的外延结构示意图。图中1-高频散热铝板；2-直接镀铜陶瓷基板；3-硅衬底芯片；4-荧光陶瓷层； 5-玻璃陶瓷透镜；21-铝酸锂衬底；22-低温GaN缓冲层；23_N_GaN接触层；24-hGaN/GaN 发光层；25-PAIGaN过渡层；沈-P+GaN接触层；27-烧结层；28-硅衬底。
具体实施方式
一种LED结构，包括芯片的外延结构和利用芯片制作成器件后的应用结构。如图1所示，其中，所述的应用结构包括高频散热铝板1，所述高频散热铝板1上自下而上依次设置有直接镀铜陶瓷基板2、硅衬底芯片3、荧光陶瓷层4和玻璃陶瓷透镜5。如图3所示，其中，所述硅衬底芯片3的外延结构包括自下而上依次设置的硅衬底观、烧结层27、P+GaN接触层26、PAIGaN过渡层25、InGaN/GaN发光层M和N-GaN接触层 23。本实施例中，所述直接镀铜陶瓷基板2的厚度为1. 5mm。本实施例中，所述硅衬底28的厚度为60um。本实施例中，所述荧光陶瓷层的厚度为1mm。本实施例中，所述P+GaN接触层沈的厚度为IOOnm IOOOnm ；最好为250nm。本实施例中，所述hGaN/GaN发光层M的厚度为IOOOnm IOOOOnm ；最好为 2500nmo本实施例中，所述N-GaN接触层23的厚度为IOOnm IOOOnm ；最好为500nm。本实用新型的从外延到应用的LED结构的制作方法如下首先，生长外延片。图2是本实用新型实施例中用铝酸锂做过渡衬底时的外延结构示意图。如图2所示，蓝光发光二极管的外延结构是，在衬片层的上面自下而上地依次形成有铝酸锂衬底层21、低温GaN缓冲层22、N-GaN接触层23、InGaN/GaN发光层24、PAIGaN 过渡层25、P+GaN接触层26。用铝酸锂做衬底层取代常规的蓝宝石衬底，可以减少晶格失配，改善外延生长条件，能够为高质量的InGaN的生长提供基础。本实施例中，所述铝酸锂衬底层21的厚度为40 250um ；最好为70um。本实施例中，所述低温GaN缓冲层22的厚度为5 IOOum ；最好为25um。如图3所示，铝酸锂衬底层外延片做出后，再用化学方法将图2中所示的铝酸锂衬底层21去除；同时，在P+GaN接触层沈处烧结上硅衬底28，P+GaN接触层沈与硅衬底观之间形成烧结层27。硅衬底观作为正极直接与P+GaN接触层沈烧结，不必再焊线。由于硅衬底观的芯片电极可采用两种接触方式，即水平接触和垂直接触，通过这两种接触方式，LED芯片内部的电流可以是横向流动的，也可以是纵向流动的。由于电流可以纵向流动， 因此增大了 LED的发光面积，从而提高了 LED的出光效率。因为硅是热的良导体，所以器件的导热性能可以明显改善，从而延长器件的使用寿命。之后，制作高频散热铝板1。高频散热铝是一种比热容高，热平衡速度快，与空气热交换频率高的高效散热材料，能有效地使热能转换成电磁能，从而向空间辐射散热。即在纯铝中加入声子运动频率快的金属与稀土，本实施例中采用在纯铝中加入声子运动频率快的金属铍或锂，目的是提高热量子(声子)运动频率，提高热能转换成可远距离传热的红外线光。高频散热铝的导热系数204W/M. K，比热容0. 958，40WLED用铝量仅为530g，因此，高频散热铝进一步提高了 LED的散热效果和光输出效率。然后，制作直接镀铜陶瓷基板2。陶瓷基板具有材料特性安定和长时间信赖性的特点，高功率操作更凸显其优势。但早期的陶瓷基板通常是采用铜箔在高温下直接键合到氧化铝或氮化铝陶瓷基片表面上而形成的特殊工艺板，需高温共烧且厚模印刷，在制造成本、 良率和产品性价比方面都不具优势。本实用新型的陶瓷基板采用黄光微影薄膜制程之直接镀铜陶瓷基板，具有低制造温度与成本、高线路分辨率与对位精度以及较佳的尺寸安定性和散热效果等特点，是目前最适合高功率且小尺寸LED发展的散热基板。最后，用自动固晶机将硅衬底芯片3固在直接镀铜陶瓷基板2上，再用贴片机将 Imm厚的荧光陶瓷4贴在硅衬底芯片3上，最后放上玻璃陶瓷透镜5，即制得从外延到封装应用的本实用新型的LED结构。采用本实用新型的从外延到应用的LED结构，可以明显提高蓝光发光二极管的散热能力，在保证亮度和电压的同时，能够具有很好的稳定性，改善了外延生长条件及导热和导电性能，提高了 LED的光输出效率，使用寿命也有了较大提高。解决了现有的大功率蓝光发光二极管的外延结构、LED散热材料、封装透镜等方面所存在的问题，能够较大程度地提高蓝光发光二极管的内外量子效率。同时，该蓝光发光二极管的LED结构生产工艺简单，适于大批量生产。虽然以上针对蓝光发光二极管的外延到封装应用描述了本实用新型的原理以及具体实施方式
，但是，在本实用新型的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施方式的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形均应落在本实用新型的保护范围内。上面的具体描述只是为了解释本实用新型的目的，并非用于限制本实用新型。本实用新型的保护范围由权利要求来限定。
权利要求1.一种LED结构，包括外延结构和应用结构，其特征在于所述的应用结构包括高频散热铝板，所述高频散热铝板上依次设置有直接镀铜陶瓷基板、硅衬底芯片、荧光陶瓷层和玻璃陶瓷透镜；所述硅衬底芯片的外延结构包括依次设置的硅衬底、烧结层、P+GaN接触层、PAIGaN过渡层、InGaN/GaN发光层和N-GaN接触层。
2.如权利要求1所述的LED结构，其特征在于所述直接镀铜陶瓷基板的厚度为 1. 5mm0
3.如权利要求1所述的LED结构，其特征在于所述硅衬底的厚度为60um。
4.如权利要求1所述的LED结构，其特征在于所述荧光陶瓷层的厚度为1mm。
5.如权利要求1所述的LED结构，其特征在于所述P+GaN接触层的厚度为IOOnm IOOOnm0
6.如权利要求5所述的LED结构，其特征在于所述P+GaN接触层的厚度为250nm。
7.如权利要求1所述的LED结构，其特征在于所述^GaN/GaN发光层的厚度为 IOOOnm IOOOOnm0
8.如权利要求7所述的LED结构，其特征在于所述^GaN/GaN发光层的厚度为 2500nmo
9.如权利要求1所述的LED结构，其特征在于所述N-GaN接触层的厚度为IOOnm IOOOnm0
10.如权利要求9所述的LED结构，其特征在于所述N-GaN接触层的厚度为500nm。
专利摘要本实用新型公开了一种LED结构，包括外延结构和应用结构，所述的应用结构包括高频散热铝板，所述高频散热铝板的上面自下而上依次设置有直接镀铜陶瓷基板、硅衬底芯片、荧光陶瓷层和玻璃陶瓷透镜；所述硅衬底芯片的外延结构包括自下而上依次设置的硅衬底、烧结层、P+GaN接触层、PAIGaN过渡层、InGaN/GaN发光层和N-GaN接触层。本实用新型的从外延到应用的LED结构散热性好、导热效果好、光输出效率高，生产工艺简单，适于大批量生产。
文档编号H01L33/64GK201985176SQ20112003680
公开日2011年9月21日 申请日期2011年1月30日 优先权日2011年1月30日
发明者吉慕璇, 吉爱华, 吉爱国, 吉磊, 张志伟, 李玉明 申请人:吉爱华