ＬＥＤ芯片热管控和制造方法技术

本发明专利技术涉及一种制造高功率发光器件的方法，该方法使用具有高导热率且具有与器件匹配的热膨胀系数的化学镀或电镀金属复合材料热耗散衬底。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及一种发光器件(light-emitting device)和一种用于制造发光器 件的方法。
技术介绍
化合物半导体领域的最新进展已经产生用于可见光谱范围的新一代的发光二极 管(LED)和激光，尤其是基于第III-V族氮化物的蓝光和绿光波长区域。与其他宽带隙 半导体相比，氮化物半导体的主要优势在于它们在受高电流密度驱动的光学器件中低的劣 化。在最近数年，多家公司做出了巨大的努力来进入新的家用照明和LCD背光市场。总的 想法是通过更可靠的且紧凑的半导体光源-LED灯来替代传统的白炽灯和荧光灯。旨在代 替常规的白炽灯或荧光灯的基于LED的白色外观的照明设备可以通过一些方法来制造，诸 如使用磷光体(phosphor)来下转换蓝光LED或UV LED以及使用不同波长的LED (诸如红 光LED、绿光LED和蓝光LED)的组合。市场渗透的其中一个关键障碍是基于LED的灯的流明/$成本。其中一种常用的 方法是用可能伴随最小效率降的最高电流密度来驱动LED。用来微调多量子势阱和扩散 壁垒的LED结构的外延生长可以部分改善这种效率降，但用来降低结温的芯片封装(chip packaging)中良好的热管控(thermal management)对获得几乎为0的效率降的器件来说 是非常关键的。已经采用将高导热率的材料连接到LED上的多种方法。化学气相沉积的金刚石 (CVD金刚石)、碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)以及氮化硼(BN)是通常用来从LED耗散热的 非金属类型的基座。铜(Cu)、铝(Al)、镍(Ni)和CuW合金是通常使用的用于LED的金属和 金属合金基座。然而，虽然这种金属和金属合金提供了用于LED的非常良好的热管控，但是 在高电流密度下的长的热循环操作之后，热膨胀系数(CTE)失配对器件可靠性而言成为问 题。CVD金刚石提供了用于LED的良好的热管控，但是存在较不令人满意的与LED的CTE 配。诸如AlN的其他非金属材料提供了更好的热膨胀系数匹配，但提供较不令人满意的热 管控。 2004/0245543(Yoo)2006/0091409(Epler 等人)以及J. R. Roos 禾口 J. P. Celis， ‘‘ Is The Electrolytic Codeposition of SolidParticles A Reliable Coating Technology (固体颗粒的电镀共沉积是一种可靠 的涂布技术)？，“ Proceedings of the 71 st Annual Technical Conference ofthe American Electroplaters Society, paper 0-1, New York,1984,第 1 页。J. R. Roos, " A New Generation of Electrolytic and ElectrolessComposite Coatings (电镀和化学镀复合材料涂层的新一代)，〃 ProceedingsINCEF' 86, Bangalore, 1988，第 382 页。V. P. Greco 和 W. Baldauf，Plating 55 (1968) 250。专利技术概述本专利技术涉及一种制造高功率发光器件的方法，该方法优选使用具有高导热 率且具有与器件匹配的极好的热膨胀系数的化学镀或电镀金属复合材料热耗散衬底 (substrate)0这种制造方法可以包括下面中的一种或多种。金属复合材料通过化学镀或电镀形 成在反射层(reflector layer)和接触层上。可以采用诸如溅射、电子束蒸发或化学镀或 电镀的多种技术将这种反射层和接触层沉积到P-型或η-型化合物半导体上。该器件结构 可以通过MOCVD (金属有机化学气相沉积)、HVPE (氢化物气相外延)或MBE (分子束外延) 来生长。可以使用激光剥离(LLO)、选择性湿法蚀刻、光-电化学蚀刻、电化学蚀刻或化学机 械抛光来去除蓝宝石、碳化硅、LiAlO2, ZnO或硅衬底。通过在金属复合材料中使用不同类 型的颗粒材料、不同粒度分布的颗粒和不同容积百分比的颗粒中的一种或多种来调节金属 复合材料的热膨胀。本专利技术相比现有技术提供了一定的优势。用电镀或化学镀工艺可以易于将用于增 强光提取的LED晶片和芯片的粗糙化表面变平。本专利技术还通过消除LED器件的复杂而冗长 的晶片粘结/胶粘工艺而降低了晶片粘结到不同基座上的成本以便更好地热管控。LED器 件的可靠性也因衬底与器件材料之间的CTE的更加匹配而得到改善。附图简述附图说明图1显示了根据本专利技术的竖直LED的第一实施方案。图2a) -2c)示意性地显示了具有金属复合材料衬底的LED的制造工艺步骤。图3显示了具有金属复合材料衬底的带有图案化的ρ-型表面的LED器件的实施方案。图4显示了具有金属复合材料衬底的带有图案化的η-型和ρ-型表面的P侧向下 的LED器件的实施方案。图5显示了具有金属复合材料衬底的带有图案化的η-型和ρ-型表面的η侧向下 的LED器件的实施方案。图6显示了具有金属复合材料和金属合金衬底的带有图案化的η-型和ρ-型表面 的P侧向下的LED器件的实施方案。图7显示了具有连接的且图案化的初始透明的晶片衬底的共平面的ρ侧和η侧向下的LED器件的实施方案。图8显示了具有金属复合材料衬底的带有连接到图案化的η侧的顶部的磷光体层 的白色的P侧向下的LED器件的实施方案。图9显示了安装到具有带有金属复合材料衬底的连接到整个LED芯片的分立的磷 光体转化器件的封装中的白色的P侧向下的LED器件的实施方案。图10显示了安装到具有带有金属复合材料衬底的连接到图案化的η侧的顶部的 分立的磷光体转化器件的封装中的白色的P侧向下的LED器件的实施方案。图11显示了具有金属复合材料衬底的带有斜蚀刻的图案化的η型和ρ型表面的 P侧向下的LED器件的实施方案。专利技术详述为了阐释本专利技术，下面描述了采用根据本专利技术的技术的多个实际的实施例和附 图。实施例1图1显示了去除了异质衬底的竖直LED器件的一个实施方案的示例性结构。LED 器件包括LED晶片或芯片14、ρ-接触金属层13、反射镜层(mirrorlayer)或反射层12、电 镀金属复合材料衬底11和η-金属接触层15。ρ-型粘结垫可以直接连接到金属复合材料衬 底11，且η-型粘结垫可以被沉积到η-金属接触层且通过任何合适的方式连接。图2a) -2c) 示意性地显示了生产这种具有金属复合材料衬底的LED器件的制造工艺步骤。异质衬底16 上的LED外延结构14是通过MOCVD、HVPE或MBE生长的。结构14的ρ型第III-V族氮化 物半导体上的金属接触层13可以使用电子束蒸发、溅射(RF、DC或AC)、化学镀或电镀、化 学气相沉积、等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)、原子层沉积(ALD)、物理气相沉积、蒸 发、等离子体喷涂或旋涂或这些技术的组合来沉积。金属接触层13可以是具有良好光学透 明度的单层或多层。P型金属接触层的示例是Ni/Au、Pt/Au、Pd/Au、Ni/ZnO、Ni/Au/ITO、单 壁碳纳米管、Pt和Pd。然后，通过用于沉积金属接触层的方法来沉积反射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于使用金属复合材料来制造高功率的发光器件用的热膨胀系数匹配的衬底的方法。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：王望南，
申请(专利权)人：王望南，
类型：发明
国别省市：GB