CN102280550B - 具有改良出光结构的led芯片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有改良出光结构的LED芯片及其制备方法。该LED芯片包括正面生长有外延层的透明衬底，该衬底具有台阶形结构，且至少衬底侧边上部为与竖直方向成10-45°夹角的倾斜边。该方法为：首先以彼此之间成20-90°夹角的两束激光自衬底背面倾斜切入衬底至第一设定深度，且形成的两条倾斜切痕彼此无交叉；其后以平行排布在两条倾斜切痕之间的多束激光垂直切入衬底至第二设定深度，从而在衬底上形成Y型切槽，该第二设定深度大于第一设定深度；最后以一束激光自切槽槽底垂直切穿衬底和生长于衬底正面的外延层，将相邻LED芯片自预定分割位置分离。本发明LED芯片结构简单，发光效率高，且其制备工艺简便高效，无需裂片操作，成本低廉，良品率高。

Description

具有改良出光结构的LED芯片及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种LED芯片及其制造方法，特别涉及一种高出光效率LED芯片及其制备工艺，该LED芯片具有改良出光结构。

背景技术

当前，发光二极管(LED)因具有体积小、发光效率高，寿命长等优点已在照明等领域中获得广泛应用，尤其是以GaN基发光元件为代表的新一代发光半导体器件在固态照明、固体激光器、光信息存储、紫外探测器等领域都有巨大的应用潜力。常见发光二极管主要以蓝宝石等材料形成的晶片作为衬底，其在外形结构上一般具有如下特点，即：衬底正面和背面与外延层中的发光层平行，其两对侧面均与发光层垂直。此类发光二极管的出光效率低，能量损失大，进而还会导致器件内积聚大量的热量，从而加速器件老化，大大缩减其使用寿命。为此，国内外研发人员采用了诸如倒金字形、倒梯形等多种结构设计，以提升器件出光效率，但其制造工艺均较为复杂，成本高，且器件出光效率提升幅度仍非常有限。再者，此类发光二极管芯片在制造过程中，一般需要对衬底进行减薄和抛光之后，才能进行裂片操作，工序繁杂，耗时长，效率低，且易导致外延片无规则碎裂和损伤，并会产生大量粉尘污染环境。

发明内容

本发明的目的在于提出一种具有改良出光结构的LED芯片及其制备方法，该LED芯片具有高出光效率，使用寿命长，且制备工艺简洁高效，良品率高，节能环保，从而克服了现有技术中的不足。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种具有改良出光结构的LED芯片，包括正面生长有外延层的透明衬底，其特征在于：所述透明衬底具有台阶形结构，且至少衬底侧边上部为与竖直方向成10-45°夹角的倾斜边。

优选的，所述衬底包括沿从上到下的顺序层叠设置的第二部分和第一部分，其中，第一部分为矩形体结构，第二部分的下端面面积大于上端面面积，但小于第一部分上端面面积。

至少所述第二部分的上部具有棱台形结构。

所述透明衬底包括蓝宝石基片。

如上所述具有改良出光结构的LED芯片的制备方法，其特征在于，该方法为：

首先在透明衬底背面刻蚀形成切入透明衬底至第一设定深度的两条倾斜切痕，该两条倾斜切痕彼此之间成20-90°夹角但无交叉；

其后垂直刻蚀处于该两条倾斜切痕之间的衬底背面区域，并切入衬底至第二设定深度，从而在衬底上形成Y型切槽，所述第二设定深度大于第一设定深度；

最后以激光自切槽槽底垂直切穿衬底和生长于衬底正面的外延层，将相邻LED芯片自预定分割位置分离。

进一步的，该方法中所述刻蚀工艺至少选用干法刻蚀和激光刻蚀中的任意一种以上。

该方法具体包括如下步骤：

(1)以彼此之间成20-90°夹角的两束激光自透明衬底背面倾斜切入透明衬底至第一设定深度，且形成的两条倾斜切痕彼此无交叉；

(2)以平行排布在两条倾斜切痕之间的复数束激光垂直切入衬底至第二设定深度，从而在衬底上形成Y型切槽，所述第二设定深度大于第一设定深度；

(3)以一束激光自切槽槽底垂直切穿衬底和生长于衬底正面的外延层，将相邻LED芯片自预定分割位置分离。

所述透明衬底包括蓝宝石基片，且所述透明衬底厚度在80μm以上。

所述复数束激光中位于最外侧的两束激光分别与两条倾斜切痕的末端交叉。

所述复数束激光包括密集排布的五束以上激光。

该方法中还包括在激光切割完成后，对衬底和/或外延层上的被切割区域进行清洁的操作。

与现有技术相比，本发明的至少优点在于：

(1)本发明的LED芯片采用了具有倒置台阶型的结构设计，这样可大幅增加LED侧壁的发光面积，进而有效提升了发光效率；

(2)本发明的LED芯片在制备过程中，无需对衬底进行减薄、抛光等裂片操作，而可直接以激光进行切割分离，工艺简单，效率高，成本低廉，且良品率高。

附图说明

图1是本发明实施例1中LED芯片于倒置状态下的结构示意图；

图2是本发明实施例1中LED芯片的剖面结构示意图；

图3是本发明实施例1中LED芯片的制备工艺流程图；

图中所示各组件及其附图标记分别为：衬底1、衬底第一部分11、衬底第二部分12、衬底正面1a、衬底背面1b、Y型切槽1c、外延层2。

具体实施方式

以下结合一较佳实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例1参阅图1-2，该LED芯片包括正面生长有GaN基外延层2的蓝宝石衬底1，该衬底厚度在80μm以上，优选在100μm左右，其包括层叠设置的第一部分11和第二部分12，其中，第一部分11为矩形体结构，该第二部分12下部亦成矩形体结构，但其上部为四棱台型结构，且四棱台的侧边均与竖直方向之间形成夹角β，10°≤β≤45°。很显然的，该LED芯片具有远远超出常见的矩形体LED芯片或近来出现的倒梯形LED芯片的出光面积以及出光效率。

参阅图3，该LED芯片的制备工艺包括如下步骤：

(1)以对称设置，且彼此之间成20-90°夹角的两束激光自衬底1背面1b倾斜切入衬底至第一设定深度，且形成的两条倾斜切痕彼此无交叉；

(2)以平行排布在两条倾斜切痕之间的多束激光垂直切入衬底至第二设定深度，从而在衬底上形成Y型切槽1c，所述第二设定深度大于第一设定深度；

(3)以一束激光自切槽槽底垂直切穿衬底和生长于衬底正面1a的外延层2，将相邻LED芯片自预定分割位置分离。

当然，在前述工艺中于每次激光刻蚀操作之后或于全部工序完成后，还可采用酸性溶液清洗切痕及其周边区域，以清除激光束刻蚀衬底或外延结构时形成的副产物。

该LED芯片制备工艺十分简洁高效，完全无需减薄、抛光、裂片操作，可大规模进行，成本低，无污染，并可大幅提高LED芯片的良品率。

当然，在前述工艺中于每次激光刻蚀操作之后或于全部工序完成后，还可通过真空吸或真空加毛刷等方法清洁刻蚀残留物，并再采用酸性溶液清洗切痕及其周边区域，以清除激光束刻蚀衬底或外延结构时形成的烧灼物等副产物。

上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种具有改良出光结构的LED芯片的制备方法，其特征在于，所述LED芯片包括正面(1a)生长有外延层(2)的透明衬底(1)，所述透明衬底(1)具有台阶形结构，所述台阶形结构包括沿从上到下的顺序层叠设置的第二部分(12)和第一部分(11)，所述第一部分(11)的下端面为所述正面(1a)，其中，第一部分为矩形体结构，第二部分下部为矩形体结构，上部为四棱台型结构，并且第二部分的下端面面积大于上端面面积，但小于第一部分上端面面积，而所述四棱台型结构的侧边为与竖直方向成10-45°夹角的倾斜边，其中所述透明衬底(1)为蓝宝石基片；

所述制备方法为：

(1)以彼此之间成20-90°夹角的两束激光自透明衬底背面(1b)倾斜切入透明衬底至第一设定深度形成两条倾斜切痕，该两条倾斜切痕彼此之间成20-90°夹角但无交叉；

(2)以密集平行排布在两条倾斜切痕之间的五束以上激光垂直切入衬底至第二设定深度，且该五束以上激光中位于最外侧的两束激光分别与该两条倾斜切痕的末端交叉，从而在衬底上形成Y型切槽(1c)，所述第二设定深度大于第一设定深度；

(3)以一束激光自切槽槽底垂直切穿衬底和生长于衬底正面(1a)的外延层(2)，将相邻LED芯片自预定分割位置分离。

2.根据权利要求1所述具有改良出光结构的LED芯片的制备方法，其特征在于，所述透明衬底(1)包括蓝宝石基片，且所述透明衬底厚度在80μm以上。

3.根据权利要求1所述具有改良出光结构的LED芯片的制备方法，其特征在于，该方法中还包括在激光切割完成后，对衬底(1)和/或外延层(2)上的被切割区域进行清洁的操作。