高效率GaN基高压LED芯片的制备及COB封装 .pdfVIP

高效率GaN基高压LED芯片的制备及COB封装

黄晓升;黄华茂;王洪;李静

【摘要】为提升GaN基高压LED芯片的出光性能,优化了芯片发光单元之间隔离

沟槽的宽度.当隔离沟槽宽度为20μm时,芯片的电学性能和光学性能最优.当注入电

流为20mA时,正向电压为50.72V,输出光功率为373.64mW,电光转换效率为

36.83％.采用镜面铝基板和陶瓷基板进行了4颗芯片串联形式的COB封装.镜面铝

基板的热导率和反射率均高于陶瓷基板,可提升HV-LED器件在大注入电流和高温

时的发光性能.当注入电流为20mA且基板温度为20℃时,镜面铝基板封装的HV-

LED器件的正向电压是198.9V,发光效率达122.2lm/W.

【期刊名称】《发光学报》

【年(卷),期】2015(036)006

【总页数】7页(P692-698)

【关键词】高压LED;芯片制备;封装基板;发光效率

【作者】黄晓升;黄华茂;王洪;李静

【作者单位】华南理工大学物理与光电学院广东省光电工程技术研究开发中心,广

东广州510640;华南理工大学物理与光电学院广东省光电工程技术研究开发中心,

广东广州510640;华南理工大学物理与光电学院广东省光电工程技术研究开发中

心,广东广州510640;华南理工大学物理与光电学院广东省光电工程技术研究开发

中心,广东广州510640

【正文语种】中文

【中图分类】TN383+.1;TN304

高压发光二极管(HV-LED)是在芯片制备过程中将一个大尺寸芯片划分为多个小发

光单元，再将发光单元通过电极连接桥串联，从而实现的一种小电流、大电压的高

功率LED[1-11]。其发光效率可以通过优化发光单元的尺寸和形状，隔离沟槽宽度

和侧壁微结构，以及制备背面反射镜等方式来提高。台湾交通大学在芯片总尺寸不

变的情况下制备了发光单元尺寸分别为370μm×221μm和228μm×190μm

的HV-LED芯片，结果表明：单元尺寸较小的芯片，其电流扩展较均匀，发光效

率较高[1]。华南师范大学制备了发光单元横截面分别为矩形、倒梯形和正梯形的

HV-LED芯片，结果表明：正梯形发光单元结构可使芯片获得较高的发光效率和制

作良率[2]。台湾中兴大学在隔离沟槽中填充聚合物实现沟槽的平坦化以便于电极

连接，制备了隔离沟槽宽度分别为20，40，60，80μm的HV-LED芯片，结果

表明：随着隔离沟槽宽度的增加，发光效率上升[3]。本课题组在隔离沟槽的侧壁

制备了柱状微结构[4]，并优化了蓝宝石衬底下面的背部反射镜[5]，提高了光提取

效率从而增强了光输出。

HV-LED芯片的封装通常采用普通大功率LED芯片的COB(Chip-on-board)封装

形式。由于COB封装是直接将LED芯片粘贴在基板上，因此基板的导热性能和反

射光性能就尤为重要。陶瓷基板具有较好的耐腐性、较高的热导率(约24

W/(m·K))，而且与芯片蓝宝石衬底的热膨胀系数(约7×10-6mm/℃)一致，所以

封装后的稳定性较高[12]，较好地解决了LED的散热问题和寿命问题[13-14]；而

镜面铝基板具有更高的热导率(约137W/(m·K))和反射率(约98%)，能够有效地提

高大功率LED芯片的饱和输出功率。

本文制备具有16个发光单元串联的HV-LED芯片，采用光刻胶和SiO2双层掩膜

使刻蚀后的隔离沟槽的侧壁平缓以便于电极连接，研究了隔离沟槽宽度对芯片电学

性能和光学性能的影响。使用商品化的镜面铝基板和陶瓷基板对HV-LED进行封

装，研究了注入电流、温度、基板对器件电学性能和光学性能的影响。

2.1芯片制备

实验使用的5.08cm(2in)外延片是采用图形化蓝宝石衬底(PSS)通过金属有机化学

气相沉积(MOCVD)获得的。外延片结构从下至上分别是：0.025μm缓冲层、3.5

μm未掺杂的GaN层、2.7μm掺硅的n-GaN、0.24μm多量子阱有源区、0.25

μm掺镁的p-GaN。制备完成的高压LED芯片由16个发光单元串联构成，如图

1所示，发光单元的排列形式为[3，5，5，3]，第一列和最后一列的单元数为3，

而第二列和第三列的单元数为5，各单元的尺寸相互匹配使得芯片