一种用于LED光源的芯片及其制备方法和光源技术

本发明专利技术涉及一种用于LED光源的芯片及其制备方法。属于LED技术领域，本发明专利技术所述的LED光源用的芯片，包含两个或两个以上的发光单体，发光单体直接或间接与电源电性连接，提高了芯片的出光率，增大了热散，并且利于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于LED光源的芯片及其制备方法和光源，属于LED制备

技术介绍
光源以其发光效率高、光源耗电量少、使用寿命长、安全可靠性强、有利环保、节能等优点，使其越来越受广大消费者青睐。另一方面，当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源是我们未来面临的重要的问题，在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，世界上一些经济发达国家围绕LED的研制展开了激烈的技术竞赛。美国从2000年起投资5亿美元实施“国家半导体照明计划”，欧盟也在2000年7月宣布启动类似的“彩虹计划”。我国科技部在“863”计划的支持下，2003年6月份首次提出发展半导体照明计划。LED作为一种新型的绿色光源产品，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。灯即半导体发光二极管灯，是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体LED芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，由于外延垒晶过程中缺陷不可避免存在，并且在LED点亮电能转化为光能过程中作为副产物的热能存在，使LED灯热散是目前各LED研究机构研究的热点。
技术实现思路
本专利技术的专利技术人基于降低LED点亮过程中副产物热能的生成，提高芯片的发光亮度，提高热散，专利技术了一种用于LED光源的芯片，芯片由外延衬底层、外延层、电流扩散层、P\\N极等组成，每个芯片由2个或2个以上的发光单体构成，单个芯片中每个发光单体除了外延层中衬底层以上至外延层中N平台层，外延层其他部分及电流扩散层均独立设置，每个发光单体上面都分别有一个P极和一个N极。一个芯片上包含多个发光单体，可以减少因材料不匹配所造成的缺陷密度，另外因芯片内各发光单体之间发光层是各自独立的，而LED点亮过程中电能转换成光能过程中副产物热量主要集中在发光层，通过独立发光层可提高热散，增大了热散及发光表面积。现有技术芯片因芯片越大，相对缺陷密度越高，芯片外延层缺陷直接导致漏电，抗静电能力差，本专利技术通过对芯片分成几个发光单体，降低外延内部应力，减少缺陷密度，LED点亮过程中热主要来源于缺陷，而缺陷主要来源于垒晶衬底与外延层材料的不匹配，这一材料与材料之间的不匹配所造成的缺陷无论从理论还是实践研究结果，均表明都是无法避免的，本专利技术专利技术人通过大量研究，经无数次试验对比发现对芯片中发光层独立分成几个单独发光个体，以此可有效降低了热能生成，同时可提高热散，并且有增加了芯片出光率。本专利技术用于LED光源的芯片，其中每个芯片中的发光单体可以分成1组或1组以上，组内发光单体并排排列，组内P\\N极排列方向一致，如图1所示；组与组之间：一组发光单体的P极与相邻组相邻的发光单体的N极相邻。芯片的发光单体如此设置一方面有利于导线设置，并且有利于发光单体之间并联，相对小功率芯片，解决小功率芯片并联时死灯问题，各小功率芯片是经过切开再重新分选，因为各小功率芯片个体差异明显，电压不均造成电流分流，电流往最底电压的线路走最多产生热量最大，极易胶裂死灯，但本专利技术单个芯片内发光单体在外延片内位置上相邻，其电压个体差异几乎可以忽略不计，从而提高了LED光源的良率。本专利技术用于LED光源的芯片，专利技术人基于目前的技术，经研究发现每个芯片包含2——9个发光单体时其在制备过程中，尤其是外延片切片裂片阶段的良率最高。但不排除经后切裂片技术提高后，工业化生产中一个芯片内包含10个及10个以上的发光单体。本专利技术用于LED光源的芯片，专利技术人在目前技术的限制下，基于上述良率的考量，每个芯片的面积优选为0.01mm2——6mm2之间。目前现有技术中LED光源的热散主要通过把LED芯片热量往下传导至衬底层，通过衬底层进行热散，本专利技术用于LED光源的芯片，其中外延层厚度优选为1μm——50μm之间，专利技术人研究发现本专利技术的LED光源工作状态下其热量主要集中在发光层，专利技术人在研究过程中发现发光层的热量很大一部分更易通过上传方式进行发散，专利技术人在各发光单体上制备P\\N极，并且P\\N极的导线直接或间接与电源电性连接，通过发光单体上的电极及导线的优选来提高热散，把各发光单体P极及N极上的导线直径优选自0.015mm——0.05mm之间。导线材料选自金线、铜线、铝线、银线、合金金铜线、合金金银线。单个发光单体上的电极P与电极N的直径分别大于60μm，电极P与电极N的厚度大于0.9μm，电极P与电极N由高导热、高附着性的材料组成，材料优选自：Au,Ag,Al,Cu,Cr,Pb。本专利技术用于LED光源的芯片，其外延层由AlxInGaN1-x和InxGaN1-x构成，x为0——80%之间。本专利技术用于LED光源的芯片，其电流扩散层选自：铟锡氧化物、镍和金合金。为提高本专利技术用于LED光源的芯片的出光率及热散能力，芯片内相邻两个发光单体边缘之间距离＞5μm。本专利技术另一方面提供了本专利技术用于LED光源的芯片的制备方法，通过蚀刻外延片：包括各芯片内各发光单体用于制备N电极的区域的外延片蚀刻至N平台层，及芯片内各相邻发光单体之间外延层蚀刻至N平台层；制备发光单体上的P\\N电极；制备电流扩散层；以芯片为单元切割、劈裂外延片。本专利技术制备的芯片中发光单体相对于小功率芯片，减少了制备工序，提高了工艺制备效率，节约了材料及人力成本。本专利技术芯片相对于相同功率的芯片，提高了出光率及热散能力。本专利技术用于LED光源的芯片的制备方法，专利技术人为进一步把热散及出光率综合芯片其他考量因素，使芯片至最佳状态，芯片内各相邻发光单体之间外延层蚀刻至N平台层，蚀刻宽度优选大于5μm。本专利技术用于LED光源的芯片的制备方法，芯片内的发光单体分成1组或1组以上，组内发光单体并排排列，组内P\\N极排列方向一致，组与组之间相邻发光单体的P极与N极相邻。本专利技术用于LED光源的芯片的制备方法，其中每个芯片面积为0.01mm2——6mm2之间，包含2-9个发光单体。本专利技术用于LED光源的芯片的制备方法，其中芯片中单个发光单体上的电极P与电极N总面积＞0.002mm2，各电极厚度大于1μm，材料选自：Au,Ag,Al,Cu,Cr,Pb。本专利技术另一方面提供了本专利技术的LED芯片制备的LED光源，包括一个或一个以上的芯片，芯片封装于基板上，基板可以为透明基板或者不透明基板，一个以上的芯片可以是串联或并联连接于LED的电源上。本专利技术的LED芯片制备的LED光源，优选灯丝灯等条状集成光源，目前现有技术制备的条状集成光源在工作状态下，测量其温度时发现90%的热能都集中在芯片衬底与基板之间的胶体内，这部分热从基板进行热散的几率趋于零。本专利技术的光源由于使用了本专利技术的LED芯片，其在工作状态下的产生的热量大部分可以因本专利技术LED芯片的独特结构而引入上行，通过电极、及电极上的导线进行有效热散，从而降低了因LED光源在工作状态下热量得不到及时疏散，温度过高引起的系列问题。附图说明本专利技术的附图是为了对本专利技术进一步说明，而非对本专利技术的专利技术范围的限制。图1、本专利技术用于LED光源的芯片结构示意图。图2、本专利技术用于LED光源的芯片剖面示意图。图3、用本专利技术的芯片制备的LED光源俯视示意图。图4、用本专利技术的芯片制备的LED光源的立体示意图。说明：1、为P电极，2、为N电极，3、为发光单体，3'、为省略的发光单体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于LED光源的芯片，包括外延衬底层、外延层、电流扩散层、P\N极，其特征在于每个芯片由2个或2个以上的发光单体构成，每个发光单体除了外延层中衬底层以上至外延层中N平台层，外延层其他部分及电流扩散层均独立设置，每个发光单体上面都分别有一个P极和一个N极。

【技术特征摘要】
1.一种用于LED光源的芯片，包括外延衬底层、外延层、电流扩散层、P\\N极，其特征在于每个芯片由2个或2个以上的发光单体构成，每个发光单体除了外延层中衬底层以上至外延层中N平台层，外延层其他部分及电流扩散层均独立设置，每个发光单体上面都分别有一个P极和一个N极。2.根据权利要求1所述的用于LED光源的芯片，其特征在于发光单体有1组或1组以上，组内发光单体并排排列，组内P\\N极排列方向一致；组与组之间：一组发光单体的P极与相邻组相邻的发光单体的N极相邻。3.根据权利要求1所述的用于LED光源的芯片，其特征在于每个芯片包含2——9个发光单体。4.根据权利要求1所述的用于LED光源的芯片，其特征在于芯片面积为0.01mm2——6mm2之间。5.根据权利要求1所述的用于LED光源的芯片，其特征在于各发光单体通过点在P极、N极上的导线直接或间接与电源电性连接。6.根据权利要求5所述的用于LED光源的芯片，其特征在于所述的导线直径为0.015mm——0.05mm之间。7.根据权利要求6所述的用于LED光源的芯片，其特征在于所述的导线选自金线、铜线、铝线、银线、合金铜钯线、合金金银线。8.根据权利要求1所述的用于LED光源的芯片，其特征在于所述的外延层由AlxInGaN1-x和InxGaN1-x构成，x为0——80%之间。9.根据权利要求8所述的用于LED光源的芯片，其特征在于所述的外延层厚度为1μm——100μm之间。10.根据权利要求1所述的用于LED光源的芯片，其特征在于所述的电流扩散层选自：铟锡氧化物、镍和金合金。11.根据权利要求1所述的用于LED光源的芯片，其特征在于相邻两个发光单体边缘之间距离＞5μm。12.根据权利要求1所述的用于LED光源的芯片，其特征在于单个发光单体上的电极P与电极N的直径分别大于60μm。13.根据权利要求1所述的用于LED光源的芯片，其特征在于电极P与电极N的厚度大于0.9μm。14.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄欣谚，舒军，
申请(专利权)人：江西宝盛半导体能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36