[发明专利]具有氮化镓基薄层半导体器件的LED元件

说明书

技术领域

本发明涉及LED元件，其具有氮化镓基薄层半导体器件(芯片)，该LED元件安置在硅平板上，硅平板在背对半导体器件的一侧具有与半导体器件电连接的多个电极。

背景技术

常见的发光半导体器件一般由载体基片和外延生长在其上的复合层结构组成，该复合层结构具有发光有源层。此外，载体基片优选是导电的，用于实现电流竖向流过半导体器件。在许多应用场合中还期望该载体基片对于有源层所发出的光是允许透射的。但是此时要注意，基片层对于半导体器件的有源层所发出的光的透明度通常与载体基片的期望的导电性相矛盾。对于氮化镓基发光二极管，例如可以采用蓝宝石(Al₂O₃)作为载体基片的材料，其允许蓝光透过，但不导电。因此，通常采用碳化硅(SiC)作为氮化镓基发光二极管的载体基片，因为它不仅具有高的透明度，而且具有高的导电性。但是，作为载体基片的碳化硅材料的特征是其透明度随导电性提高而降低。

为了进一步提高发光二极管的有效性，开发出所谓的薄层半导体器件。在这里，它是这样的半导体器件，其中衬底层用于晶体生长，但衬底层在生长过程后被除去。由此产生的薄层可以实现比在现有技术中更有效的发光，这是因为不存在会吸收发出光的一部分的衬底层。这还造成更好的散热。

为了除去衬底层，一般采用化学或物理工艺。例如，可以通过所谓的激光剥离方法采用脉冲紫外激光器的光来烧蚀掉衬底层，而此时不会破坏例如5μm厚的氮化镓层。

US20060240585A1公开了一种3μm厚的涂层结构(p型层、n型层和有源层)。关于GaN基即具有外延生长的GaN层叠的发光元器件的构造，请明确参见该文献以避免重复。

GaN基发光元器件例如由US5874747作了公开。

WO2006/065046描述一种制造氮化镓基薄层半导体器件的方法。在这里，为了除去其上生长有LED晶体结构的蓝宝石衬底层，采用了所谓的激光剥离方法。在除去衬底层之前，晶体结构被施加在一个附加衬底层上。随后，在另一个方法步骤中执行分解成统一的LED芯片。

DE10056475公开了一种包括半导体的GaN基发光半导体器件，它具有SiC基衬底，在该衬底上涂覆了多层GaN基层，在这里，这些层包括至少一个有源区，该有源区设置在至少一个电子导电层和至少一个空穴导电层之间，其特点是空穴导电层是拉伸生长的。

从海勒(Haerle)等人的文章“High brightness LEDs for general lightingapplications Using the new ThinGaN^TM-Technology(用于利用新颖的ThinGaN^TM技术的通用照明应用的高亮度LED)”(physica Status solidi(a)，卷201，版12，第2736-2739页)中，基本上公开了薄GaN技术在高功率LED领域中的应用。

根据该现有技术，本发明基于以下任务，即提供一种LED元件，它具有氮化镓基薄层半导体器件，其中该LED模块与现有技术相比具有更好的热性能和更紧凑的结构。

氮化镓基半导体器件(芯片)优选被用于产生在蓝绿色光谱范围内的辐射。除了氮化镓(GaN)外，在本发明范围内，GaN基材料还指所有与GaN同族的或源于GaN的混合晶体。尤其是氮化镓(GaN)、氮化铟(InN)和氮化铝(AlN)材料属于此。

发明内容

本发明涉及LED模块，它具有至少一个具有有源氮化镓层的LED芯片和硅平板，在硅平板上设置该LED芯片，其中，该硅平板在背对LED芯片的一侧具有两个电极，这两个电极与LED芯片电连接，并且该LED芯片的上下重叠的外延氮化镓层(n型层、p型层和有源GaN层)的总厚度介于2至10μm之间，优选为2至5μm之间。

硅平板具有孔穴，LED芯片安置在该孔穴中(或者可以在硅平板上单独或一体地设置围绕该LED芯片的框架)。LED芯片此时优选居中安置在孔穴中。另外，LED芯片按照事先规定的距孔穴边缘的距离来布置。该孔穴优选是正方形或圆形构成的。但是，孔穴也可以具有其它形状。该孔穴例如也可以是椭圆形或三角形。