一種集成石墨烯溫度傳感的led器件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)光器件和制作方法，尤其是涉及一種集成石墨烯溫度傳感的LED發(fā)光器件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(light-emitting-d1de，LED)是新一代固態(tài)照明冷光源，其能效高、壽命長(zhǎng)、電壓低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、響應(yīng)速度快、抗震性能好和光譜全彩等特點(diǎn)，使得它在背光燈、顯示、交通指示燈和室內(nèi)照明等各種場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。尤其是在通用照明方面，LED比傳統(tǒng)光源具有明顯的優(yōu)勢(shì)，將成為下一代照明光源。
[0003]隨著LED的應(yīng)用不斷普及，LED的可靠性問題是一直制約其發(fā)展的重要因素，尤其是與LED亮度和壽命息息相關(guān)的結(jié)溫測(cè)量問題。
[0004]與傳統(tǒng)的熱福射光源不同，LED是一種電致發(fā)光器件，它直接將電能轉(zhuǎn)換為光能。但是對(duì)于目前技術(shù)成熟的功率型LED，其電光轉(zhuǎn)換效率只有30%左右，其余70%左右的能量全部轉(zhuǎn)換成熱能，致使LED的結(jié)溫升高。結(jié)溫的升高，會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體缺陷增殖加速和封裝材料退化等問題，從而導(dǎo)致器件的光電特性不斷的變化和衰減。通過對(duì)結(jié)溫的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，有利于更加準(zhǔn)確地分析LED失效現(xiàn)象和機(jī)理，改進(jìn)LED可靠性，以及監(jiān)控防護(hù)使用不當(dāng)導(dǎo)致的結(jié)溫過尚，有利于提尚LED的壽命和可靠性。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)一般采用測(cè)量封裝或者燈具中特定位置的外部溫度傳感器來反饋LED的工作溫度。如授權(quán)公告號(hào)為CN203118989U的專利公開了一種實(shí)現(xiàn)結(jié)溫可控的LED封裝方法。在該專利中，在LED芯片附近封裝透鏡內(nèi)部放置一個(gè)溫度傳感器實(shí)現(xiàn)溫度反饋。但是由于受封裝的散熱條件影響，所測(cè)量的溫度不是LED結(jié)處實(shí)際的溫度(實(shí)際結(jié)溫會(huì)更高)。由于熱傳輸需要一定的時(shí)間，外部溫度傳感器也不能實(shí)時(shí)反映此時(shí)的LED芯片結(jié)溫。另一種已知技術(shù)是在以LED自身作為溫度傳感器，通過正常驅(qū)動(dòng)電流下或者小電流下監(jiān)測(cè)到的正向電壓反映結(jié)溫大小。然而，在正常驅(qū)動(dòng)電流下，LED會(huì)產(chǎn)生自熱效應(yīng)，這將影響溫度測(cè)量精度；在小電流驅(qū)動(dòng)下，由于在LED工作狀態(tài)和測(cè)試狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中，結(jié)溫快速降低，這也將影響溫度測(cè)量的準(zhǔn)確度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明提供了一種集成石墨烯溫度傳感的LED器件。
[0007]同時(shí)，本發(fā)明還提供了所述集成石墨烯溫度傳感的LED器件的制造方法。
[0008]一種集成石墨烯溫度傳感的LED器件在芯片上包含LED發(fā)光器件和溫度傳感器件；該溫度傳感器件是一種石墨烯器件。
[0009]所述LED發(fā)光器件和溫度傳感器件采用背對(duì)背的上下堆疊結(jié)構(gòu)，上方是具有正裝芯片結(jié)構(gòu)的LED發(fā)光器件，下方是溫度傳感器件；溫度傳感器件下表面固定在散熱基板上并且其電極與基板上的布線電性連接。
[0010]所述溫度傳感器件的結(jié)構(gòu)包括石墨烯薄膜、兩個(gè)或多個(gè)金屬薄膜電極。
[0011]所述LED發(fā)光器件的襯底為絕緣或高阻材料，包括藍(lán)寶石或碳化硅。
[0012]所述石墨烯薄膜的層數(shù)包括一層、二層或多層中的一種。
[0013]所述金屬薄膜電極材料包括Pt、Al、Ag、N1、T1、Au中的一種或其組合。
[0014]所述兩金屬薄膜電極的間隔寬度遠(yuǎn)小于芯片的寬度，優(yōu)選為10-100 μm。
[0015]—種集成石墨烯溫度傳感的LED器件制作方法包括如下步驟:
[0016]在襯底上制備LED發(fā)光器件；
[0017]在襯底背面制備溫度傳感器件；
[0018]將溫度傳感器件與散熱基板相連。
[0019]所述的溫度傳感器件的制作步驟為
[0020](I)將石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到襯底的背面；
[0021](2)在該石墨烯薄膜上沉積金屬薄膜電極，并在該金屬薄膜電極的中間腐蝕刻斷，隔斷的金屬薄膜電極分別形成溫度傳感器件的正負(fù)兩極；
[0022](3)在樣品表面沉積鈍化層，并光刻形成掩膜，腐蝕鈍化層后去掩膜，露出金屬薄膜電極的接觸孔；
[0023]所述的溫度傳感器件與散熱基板相連的制作步驟為
[0024](I)在散熱基板上分別制作絕緣層和電路層；
[0025](2)采用倒裝焊或回流焊方法，將溫度傳感器件的正負(fù)兩極分別與散熱基板上的電路層對(duì)應(yīng)接合。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0027]1、將溫度傳感器件與LED發(fā)光器件集成在同一半導(dǎo)體芯片上，這兩個(gè)器件相互電獨(dú)立，結(jié)溫的測(cè)量不影響LED的正常工作。由于溫度傳感器件與LED發(fā)光器件靠的很近，且溫度傳感器件位于LED發(fā)光器件與散熱基板之間，因此在極短的時(shí)間內(nèi)溫度傳感器件與LED發(fā)光器件的溫度達(dá)到平衡。這種溫度傳感器件可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)LED發(fā)光器件的結(jié)溫。
[0028]2、由于石墨烯具有很好的熱穩(wěn)定性，這有助于溫度傳感器件的工作性能穩(wěn)定。
[0029]3、具有非常好的透光性的石墨烯薄膜和在其上沉積的高光反射率金屬薄膜電極可以減少光吸收，有利于提高LED的出光率。
[0030]4、石墨烯和金屬薄膜電極都具有很好的橫向?qū)嵝?，且金屬薄膜電極與散熱基板直接接觸。這有助于降低LED有源區(qū)至散熱基板的熱阻，增加了 LED的散熱特性。
[0031]5、LED發(fā)光器件和溫度傳感器件上下堆疊，不額外增加器件尺寸。
【附圖說明】
[0032]圖1是本發(fā)明所述集成石墨烯溫度傳感的LED器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]100:LED發(fā)光器件；200:溫度傳感器件；101:P型電極；102:N型電極；103:P型半導(dǎo)體層；104:有源層；105:N型半導(dǎo)體層；106:襯底；201:石墨稀薄膜；202:金屬薄膜電極；203:鈍化層；301:散熱基板；302:基板絕緣層；303:基板電路層；401、402:LED發(fā)光器件的電極接線端；403、404:溫度傳感器件的電極接線端；501:凸點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0035]請(qǐng)參閱圖1，其是本發(fā)明所述集成石墨烯溫度傳感的LED器件的結(jié)構(gòu)示意圖。該器件的芯片上包含LED發(fā)光器件100和溫度傳感器件200。該溫度傳感器件200是一種石墨烯器件。LED發(fā)光器件100和溫度傳感器件200采用背對(duì)背的上下堆疊結(jié)構(gòu)，且相互電獨(dú)立，上方是具有正裝芯片結(jié)構(gòu)的LED發(fā)光器件100，下方是溫度傳感器件200。溫度傳感器件200下表面固定在散熱基板301上并且其電極與基板上的布線電性連接。
[0036]該溫度傳感器件200的結(jié)構(gòu)包括石墨烯薄膜201、兩金屬薄膜電