CN103824923B - 一种半导体发光芯片、半导体照明灯具及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种半导体发光芯片及使用该芯片的灯具。该芯片包括具有第一表面和第二表面的衬底，在所述衬底第一表面有—至少包括n型导电层、发光层和p型导电层的半导体叠层，在所述半导体叠层表面至少有一裸露出部分n型导电层的n型电极台阶和/或n型电极通孔，所述半导体发光芯片的所有裸露的、具有导电性的表面和侧面被至少一绝缘层所包裹；所述绝缘层表面设有裸露的至少一p型电极和至少一n型电极；所述p型电极和n型电极间彼此绝缘，并贯穿所述绝缘层分别与所述p型导电层和n型导电层导电连接。其结构允许用回流焊工艺将半导体发光芯片直接焊接到用于制备各类灯具或光源的灯板、灯条、灯柱、或LED支架、或COB基板上，具有结构简单、制造成本低的优点。

Description

一种半导体发光芯片、半导体照明灯具及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种半导体发光芯片，更进一步涉及一种适用于回流焊的半导体发光芯片结构。
背景技术
随着半导体发光芯片发光效率的提升和制造成本的下降，半导体发光芯片已被广泛应用于背光、显示和照明等领域。
一种常见的半导体发光芯片结构如图1所示，包括蓝宝石衬底11、n型导电层12、发光层13、p型导电层14、n型电极15、p型电极16、导电线19a、19b、绝缘层110、焊盘121a、121b、LED支架120、固晶胶120a。为了减少遮光效应和增加有效发光面积，电极15和16的尺寸被尽量缩小，一般直径在75-95微米之间，以满足焊线的需要。所述发光芯片通常用固晶胶120a固定在LED支架120上，然后超声压焊导电线19a和19b，再用灌封胶（如环氧树脂、硅胶），把整个发光芯片以及导电线19a和19b、焊盘121a和121b包裹起来，达到防潮防湿和绝缘等作用。封装后的LED才能应用到背光显示和照明等领域。
另一种常见的半导体发光芯片结构如图2所示，包括蓝宝石衬底21、n型导电层22、发光层23、p型导电层24、n型电极25、p型电极26、反射接触层26a、n型电极台阶24a、共晶焊料29a和29b、LED支架220、焊盘220a和220b、绝缘层210。为了克服图1所示发光芯片和相应LED支架之间的固晶胶120a隔热效应，导电线19a和19b导热效果差、易断裂，以及电极15和16遮光效应等缺陷与问题，图2所述发光芯片的半导体叠层以面朝下的方式固定在LED支架220上，蓝宝石衬底21为出光方向避免了电极遮光效应。
为了提升导热性能和改善电流扩展效果，电极26通常覆盖整个p型导电层24的表面，电极25和26又通常采用共晶焊形式固定到LED支架220上，避免金丝焊接所可能导致的缺失。通常在电极25和26之间的n型电极台阶24a表面和/或n型电极通孔侧壁有一绝缘层210以保证电极间绝缘和减少n型电极台阶和/或n型电极通孔侧壁的漏电。由于绝缘层210介于电极26 和p型导电层24之间并紧贴在p型导电层24的表面，增加绝缘层210的宽度会减少发光层23或电极26的面积，直接导致有效发光面积的减少。有限的绝缘层宽度使得图2所示的发光芯片必须采用焊接精度较高的共晶焊技术与设备把发光芯片固定到LED支架220上，导致制造成本高，效率低。焊接后的发光芯片同样要用灌封胶把整个发光芯片包裹起来，以达到防潮防湿绝缘等作用。
一种常见的采用上述LED制造的半导体照明灯具（以球泡灯为例）如图3所示，包括LED381（LED381包括灌封体390、荧光层390a、支架320、发光芯片380、焊垫35）、焊料34、焊盘33、绝缘层32、铝基板31、灯体上板330、散热灯体350、导电线356、电源355、灯头353、电源线354、和灯罩391，铝基板31和设置在铝基板31之上的绝缘层32、焊盘33、发光二极管（LED）381构成通常所述的光源模组。
由于发光芯片380不能像其它电子元器件，如电阻，一样直接粘贴焊接在铝基板31或灯体上板330的上面，使得人们必须先把发光芯片380封装成LED381以后才能粘贴焊接在铝基板上使用。用于制造LED的固晶焊线专用设备昂贵，封装工艺复杂，且必须使用定制的LED支架，无法直接在不同形状和大小的铝基板31或灯体上板330上实现LED封装，导致半导体照明灯具的制造流程长、步骤多、成本高。
从结构上看，发光芯片380通过固晶工艺固定到LED支架320上，LED381又通过回流焊工艺固定到铝基板31上，铝基板有通过机械紧固方式固定到灯体上板330上。三次重复固定不仅浪费大量原材料，增加灯具重量，也增加许多无实质意义的工艺环节和生产设备，使灯具综合制造成本居高不下。
从散热效果看，发光芯片380的热量须通过固晶界面、LED支架320、焊料34、焊盘33、绝缘层32、铝基板31，再转导到灯体上板330，最后通过散热灯体350散到大气中。显然，导热途径很长，界面很多，其中固晶界面、LED支架320和绝缘层32导热热阻大，往往成为导热瓶颈，使得整灯的散热效果并不随着大面积散热灯体350的使用而得到改善。散热不佳，反会导致发光芯片380光衰加快，也会缩短整灯的使用寿命。显而易见，由图1和图2所示发光芯片结构决定的发光模组或照明灯具制造方法和步骤存在本质的缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种结构简单、使用方便、制造成本低的半导体发光芯片及其制造方法、半导体照明灯具及其制造方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造包括具有第一表面和第二表面的衬底，在所述衬底第一表面有—至少包括n型导电层、发光层和p型导电层的半导体叠层，在所述半导体叠层表面至少有一裸露出部分n型导电层的n型电极台阶和/或n型电极通孔，所述半导体发光芯片的所有裸露的、具有导电性的表面和侧面被至少一绝缘层所包裹；
所述绝缘层表面设有裸露的至少一p型电极和至少一n型电极；所述p型电极和n型电极间彼此绝缘，并贯穿所述绝缘层分别与所述p型导电层和n型导电层导电连接。
在本发明所述的半导体发光芯片中，裸露在所述绝缘层表面的所述p型电极的位置处设有一与所述p型电极导电连接并紧贴在所述绝缘层表面的p型焊垫，使部分所述绝缘层被包裹在所述半导体叠层和p型焊垫之间；和/或
裸露在所述绝缘层表面的所述n型电极的位置处设有一与所述n型电极导电连接并紧贴在所述绝缘层表面的n型焊垫，使部分所述绝缘层被包裹在所述半导体叠层和n型焊垫之间。
在本发明所述的半导体发光芯片中，在所述半导体发光芯片四周有一内凹；所述内凹位于所述半导体发光芯片的所述半导体叠层一侧，所述内凹底面位于所述衬底第一表面或所述衬底内，所述内凹侧面和底面被至少一绝缘层所包裹。
在本发明所述的半导体发光芯片中，在所述p型导电层表面与所述绝缘层之间有一p型电流扩展层；所述p型电流扩展层与所述p型电极导电连接，所述p型电流扩展层包括p型导电扩展层、p型反射层、p型接触层中的一种或多种；和/或，
在所述n型电极台阶表面或n型电极通孔底面与所述绝缘层之间有一n型电流扩展层；所述n型电流扩展层与所述n型电极导电连接，所述n型电流扩展层包括n型导电扩展层、n型反射层、n型接触层中的一种或多种。
在本发明所述的半导体发光芯片中，所述绝缘层的部分或全部含有一光反射层；所述光反射层位于所述绝缘层的中间或位于所述绝缘层的裸露表面。
在本发明所述的半导体发光芯片中，所述衬底为透光衬底；所述衬底第一表面和/或第二表面为平坦光滑表面或结构化表面；所述结构化表面包括锥状粗糙表面、凹凸表面、金字塔状表面中的一种或多种；和/或，
所述衬底侧面和/或所述半导体叠层侧面为与所述衬底第一表面垂直或斜交的光滑平面、光滑曲面、结构化平面、或结构化曲面；所述结构化包括凹凸、锯齿中的一种或多种。
在本发明所述的半导体发光芯片中，在所述p型电极与n型电极之间有至少—紧贴在所述绝缘层表面的金属基导热焊垫，所述导热焊垫与所述n型电极和p型电极之间彼此绝缘；和/或，
在所述p型焊垫与n型焊垫之间有至少—紧贴在所述绝缘层表面的金属基导热焊垫，所述导热焊垫与所述n型焊垫和p型焊垫之间彼此绝缘。
本发明还提供一种制备上述半导体发光芯片的方法，至少包括以下步骤：
至少包括以下步骤：
S1：在所述衬底的第一表面上，按n型导电层、发光层、p型导电层的次序，外延生长所述半导体叠层；
S2：制备n型电极台阶和/或n型电极通孔；所述n型电极台阶表面位于所述n型导电层内，所述n型电极通孔贯穿所述p型导电层和发光层至所述n型导电层；沿所述半导体发光芯片的切割线制备凹槽；所述凹槽宽度大于切割宽度；所述凹槽的底表面位于所述衬底第一表面或所述衬底内；所述半导体发光芯片切割线位于所述凹槽中央；
S3；在所述p型导电层表面覆盖所述p型电流扩展层；和/或，在所述n型电极台阶表面和/或n型电极通孔底面覆盖n型电流扩展层；
S4：用所述绝缘层包裹所述半导体发光芯片的所有裸露的、具有导电性的表面和侧面；
S5：在所述绝缘层上制备分别用于设置所述n型电极和p型电极的、贯穿所述绝缘层的n型通孔和p型通孔；设置所述p型电极的p型通孔底面全部位于所述p型电流扩展层上、或部分位于所述p型电流扩展层上另一部分位于所述p型导电层上、或全部位于所述p型导电层上；设置所述n型电极的n型通孔底面全部位于所述n型电流扩展层上、或部分位于所述n型电流扩展层上另一部分位于n型电极台阶表面和/或n电极通孔底面上、或全部位于n型电极台阶表面和/或n电极通孔底面上；
S6：在所述n型通孔和p型通孔内分别制备所述n型电极和p型电极；在所述绝缘层表面，制备与所述n型电极导电连接的所述n型焊垫，与所述p型电极导电连接的所述p型焊垫；
S7：从所述衬底第二表面减薄所述衬底；
S8：沿所述半导体发光芯片切割线，切割所述衬底得到分立的半导体发光芯片。
本发明还提供一种半导体照明灯具，包括散热灯体、套设安装在所述散热灯体外围的灯罩、安装在所述散热灯体上的灯头、以及固定安装在所述散热灯体内的灯板和电源；其特征在于，所述半导体照明灯具还包括上述任一项所述的半导体发光芯片；
所述灯板上设置有导电电路，所述导电电路包括至少一p型电极焊盘、至少一n型电极焊盘、以及与外界实现电连接的至少一n型焊点或接点和至少一p型焊点或接点；所述p型电极焊盘与所述半导体发光芯片的p型电极导电相接，所述n型电极焊盘与所述半导体发光芯片的n型电极导电相接。
在本发明的半导体照明灯具中，所述导电电路还包括所述焊盘之间和所述焊盘与焊点或接点之间的互连金属；
所述灯板上设有导热焊盘，所述导热焊盘与所述半导体芯片的导热焊垫导热连接；
所述导热焊盘与所述p型电极焊盘和n型电极焊盘彼此之间绝缘。
本发明还提供一种上述半导体照明灯具的制造方法，至少包括以下步骤：
S1：在所述灯板上制备所述导电电路，所述导电电路使用的金属材料包括Fe、Cr、Cu、Ti、Al、Ni、W、Pt、Pd、Ag、Au、Sn、Mo、及其合金中的一种或多种；
S2：在所述p型电极焊盘和n型电极焊盘上涂敷金属基焊料；所述金属基焊料包括锡膏、AgSn、AgSnAu、AgSnCu、AgSnCuX、SnCu、SnAgBiIn、SnAgBi、SnAgBiX、SnBi、SnAgCuSb、SnAgInCu、InSn、SnCu、SnSb、SnZnX、SnZnBi中的一种或多种；
S3：在所述p型电极焊盘和n型电极焊盘上放置所述半导体发光芯片，使所述p型焊垫或p型电极通过所述金属基焊料紧贴在所述p型电极焊盘表面，所述n型焊垫或n型电极通过所述金属基焊料紧贴在所述n型电极焊盘表面；
S3：加热至所述金属基焊料的焊接温度并保温；
S4：冷却后，完成所述p型焊垫或p型电极与所述p型电极焊盘之间的导电连接，所述n型焊垫或n型电极与所述n型电极焊盘之间的导电连接。
在步骤S4以后，用至少一含荧光粉的荧光层或荧光粉层包裹所述半导体发光芯片；或者，
先用至少一含荧光粉的荧光层或荧光粉层包裹所述半导体发光芯片，再用至少一透光密封层包裹己包裏有荧光层或荧光粉层的半导体发光芯片；或者，
用至少一透光密封层包裹所述半导体发光芯片。
实施本发明具有以下有益效果：本发明的一种半导体发光芯片结构简单，使用方便，制造成本低，其结构允许用回流焊工艺将半导体发光芯片直接焊接到用于制备各类灯具或光源的灯板、灯条、灯柱上、或LED支架上、或COB基板上，且不受其形状和大小局限，完全避免使用专用昂贵的固晶焊线或共晶焊设备及其复杂的工艺；而且，使用本发明的半导体发光芯片可以使半导体照明灯具的制造流程缩短、步骤少、成本低，并能节省大量原材料的使用、降低灯具重量，可以使半导体照明灯具结构简单，制造方便，并且导热途径短、界面少、无导热瓶颈，可以大幅提升整灯散热效果。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是一种常见的半导体发光芯片结构的示意图；
图2是另一种常见的半导体发光芯片结构的示意图；
图3是一种常见的半导体照明灯具结构的示意图；
图4是本发明的半导体发光芯片结构的一个实施例的示意图；
图5是本发明的半导体发光芯片制作过程中的衬底与半导体叠层的一个实施例的示意图；
图6是本发明的半导体照明灯具结构的一个实施例的示意图。
具体实施方式
如图4所示，是本发明一种适用于回流焊的半导体发光芯片的一个实施例，包括蓝宝石衬底41、n型导电层42、发光层43、p型导电层44、n型电极45、p型电极46、n型焊垫45a、p型焊垫46a、金属基导热焊垫47a、绝缘层410、410a，电流扩展层44b、n型电极台阶44a、蓝宝石衬底台阶44c、LED支架420、n型焊盘420a、p型焊盘420b、导热焊盘420c、金属焊料421a、421b、421c等。其中，n型导电层、发光层和p型导电层共同组成了半导体叠层；蓝宝石衬底41、n型导电层42、发光层43、p型导电层44、n型电极45、p型电极46、n型焊垫45a、p型焊垫46a、金属基导热焊垫47a、绝缘层410、410a，p型电流扩展层44b、n型电极台阶44a、和蓝宝石衬底台阶44c等共同构成本发明所述的半导体发光芯片。
该蓝宝石衬底41具有第一表面和第二表面，该半导体叠层设置在第一表面上；而第二表面作为出光表面，半导体叠层产生的光线通过第二表面发出。可以理解的，蓝宝石衬底41也可以采用其他材质做成的透光衬底。该衬底41的第一表面和/或第二表面为平坦光滑表面或结构化表面；结构化表面包括锥状粗糙表面、凹凸表面、金字塔状表面中的一种或多种。
该衬底41的侧面、半导体叠层侧面为与衬底41的第一表面垂直或斜交的光滑平面、光滑曲面、结构化平面、或结构化曲面；所述结构化包括凹凸、锯齿中的一种或多种。
该半导体叠层表面设置的n型电极台阶44a裸露出部分n型导电层42，形成的n型电极台阶44a表面用于制作n型电极45和/或n型电流扩展层。所述n型电极台阶44a可以用贯穿所述p型导电层和发光层的n型电极通孔代替，其底面位于所述n型导电层内。
该n型电极台阶44a的侧面和/或n型电极通孔侧壁为与衬底41的第一表面垂直或斜交的光滑平面、光滑曲面、结构化平面、或结构化曲面；所述结构化包括凹凸、锯齿中的一种或多种。
在本实施例中，在半导体发光芯片的四周形成相对于衬底41的边缘向半导体叠层一侧收缩的内凹，该内凹的底面位于衬底第一表面上或衬底内。所述内凹在所述衬底41上形成所述蓝宝石衬底台阶44c。所述内凹侧面被绝缘层410a所包裹，通常填满整个蓝宝石衬底台阶44c，从而可以更方便的将整个半导体发光芯片的导电侧面包裹，形成绝缘。
绝缘层410和410a分别包裹半导体发光芯片所有裸露的、具有导电性的表面和侧面，该绝缘层410和410a包括二氧化硅、三氧化二铝、氮化铝、和氮化硅等。在本实施例中，所有裸露的、具有导电性的表面和侧面包括半导体叠层的所有裸露的、具有导电性的表面和侧面，如图4所示未被n型电极45所覆盖的n型导电层42的裸露表面和裸露侧面、未被p型电极46和/或p型电流扩展层44b覆盖的p型导电层44的裸露表面和裸露侧面、p型电流扩展层44b表面和侧面、发光层43的裸露侧面、n型电极台阶44a侧面、和蓝宝石衬底台阶44c侧面及其底面等。
绝缘层410和410a可以采用相同材料也可以采用不同材料，最薄处的厚度通常大于150纳米。
由于绝缘层410和410a通常是透光薄层，为了防止光通过绝缘层410和410a外射，可以在绝缘层410和410a表面沉积一光反射层，或在绝缘层410和410a中央嵌入一光反射层，所述光反射层包括银层、铝层、布拉格全反射膜（DBR）中的一种或多种。如果所述p型电流扩展层44b己含有p型反射层，覆盖p型电流扩展层44b的那部分绝缘层可以不再重复设置所述光反射层。
整个半导体发光芯片由于被绝缘层410、410a完全包裹，所以即使没有灌封胶保护也同样能使用。
覆盖所述半导体叠层表面的绝缘层410表面构成所述半导体发光芯片的焊接表面。在所述绝缘层410表面或焊接表面设有裸露的至少一p型电极46和至少一n型电极45，p型电极46和n型电极45间彼此绝缘，并贯穿绝缘层410分别被连接到p型导电层44和n型导电层42。
为最大限度地减少发光层43面积的减少，制作n型电极45的n型电极台阶44a应该尽量的窄，或用贯穿所述p型导电层和发光层的n型电极通孔代替。n型导电层42通常比p型导电层44厚5-15倍，且具有更佳的导电特性，所以其电流能较好地分布到整个n型导电层42。相反，由于p型导电层44很薄，导电性能又比较差，为了确保电流能均匀垂直通过发光层43，在p型导电层44表面覆盖有p型电流扩展层44b。
p型电流扩展层44b一方面具有良好的导电特性，另一方面能与p型导电层44形成低阻接触或低阻欧姆接触，此外，为提高从衬底第二表面的出光量，p型电流扩展层44b包含p型反射层。所以，p型电流扩展层44b通常由具有良好导电特性的p型导电扩展层、p型接触层和p型反射层组成；当然，p型电流扩展层44b也可以根据需要设置成包括p型导电扩展层、p型反射层、p型接触层中的一种或多种。p型导电扩展层使用的材料包括ITO、Ag、Au、Al、Cr、Ti、Pt、Pd、Ni、W、ZnO中的一种或多种，p型接触层使用的材料包括ITO、Ag、Al、Cr、Ti、Pt、Pd、Ni、NiO、ZnO、重掺低阻p型导电层中的一种或多种，p型反射层使用的材料包括Ag、Al、布拉格全反射膜（DBR）中的一种或多种。从p型导电层44开始的排列次序为p型接触层、p型反射层、p型导电扩展层，当p型导电扩展层透明时，排列次序也可以是p型接触层、p型导电扩展层、p型反射层。
在本实施例中，p型电极46贯穿p型电流扩展层44b，与p型导电层44和p型电流扩展层44b导电连接；所述p型电极46也可以只与p型电流扩展层44b接触，并通过p型电流扩展层44b与p型导电层44形成导电连接；p型电极46也可以部分贯穿p型电流扩展层44b，与p型导电层44直接接触形成导电连接，其余部分与p型电流扩展层44b直接接触形成导电连接。
可以理解，在n型电极台阶44a表面和/或n型电极通孔底面，即在裸露的n型导电层42表面，也可以设置与所述p型电流扩展层44b具有相同作用和功能的n型电流扩展层。该n型电流扩展层也可以包括n型导电扩展层、n型反射层、n型接触层中的一种或多种。n型导电扩展层使用的材料包括ITO、Ag、Au、Al、Cr、Ti、Pt、Pd、Ni、W、ZnO中的一种或多种，n型接触层使用的材料包括ITO、Ag、Al、Cr、Ti、Pt、Pd、Ni、NiO、ZnO、重掺低阻n型导电层中的一种或多种， n型反射层使用的材料包括Ag、Al、布拉格全反射膜（DBR）中的一种或多种。
进一步的，半导体发光芯片的出光表面为经减薄后的衬底41的第二表面，为光滑平面和/或结构化表面，结构化表面包括粗糙表面，粗糙表面包括球状凹凸表面、锤状凹凸表面、和/或金字塔状凹凸。当然，半导体发光芯片的第一表面也可以为平坦光滑表面或结构化表面；结构化表面包括锥状粗糙表面、凹凸表面、金字塔状表面中的一种或多种。
由于回流焊接需要较大面积的焊接表面，n型电极45和p型电极46的截面积不够大，特别是n型电极45的截面积更加受到n型电极台阶宽度和/或n型电极通孔直径的限制，远不能满足回流焊涂敷金属焊料421a、421b的要求，所以n型电极45和p型电极46在其裸露处向四周扩展（当然可以沿一侧、多侧或四周扩展），在绝缘层410表面形成p型焊垫46a和n型焊垫45a。由于半导体叠层表面均被绝缘层410和410a所包裹，n型电极45和p型电极46的扩展可以得到充分的发挥，从而使得部分绝缘层410被包裹在半导体叠层和p型焊垫46a、半导体叠层和n型焊垫45a之间。可以理解的，可以根据需要同时设置p型焊垫46a和n型焊垫45a，或者根据需要设置其中任意一个。
进一步的，可以设置导热焊垫47a，该导热焊垫47a可以设置在n型焊垫45a和p型焊垫46a之间，和/或，n型电极45和p型电极46之间；并且导热焊垫与n型焊垫45a和p型焊垫46a、n型电极45和p型电极46之间绝缘，从而可以直接与散热装置相连接，提升散热效率。导热焊垫47a可以为金属基导热焊垫，通常采用良导热金属材料，包括银、铝、金。
由于发光芯片可以通过金属焊料421a、421b、421c将其n型焊垫45a，p型焊垫46a和导热焊垫7a回流焊到支架420上的n型焊盘420a，p型焊盘420b和导热焊盘420c，整个工艺简单，并可以采用与其它电子元器件兼容的简单廉价的回流焊设备和工艺代替通常使用的复杂昂贵的LED固晶打线设备和工艺，大大节省设备投资，降低制造成本和减少工艺环节。
支架420可以是LED支架或COB基板，也可以是各类应用产品中具有不同形状和大小的由各类PCB板、覆铜铝基板、覆铜陶瓷基板制作的各种基板，包括各种灯板、灯条和灯柱等。
回流焊到支架420上的发光芯片可以进一步涂敷荧光层以达成制作白光光源的目的，也可以进一步被透光灌封胶，包括环氧树脂、硅胶、或透镜或灯罩所包裹，也可以在发光芯片四周建立围堰，在围堰内灌注荧光层和/或透光灌封胶，以达到取光、混光和调整光斑、光束强度分布等目的。
在裸露的蓝宝石衬底41的出光表面（即衬底第二表面）和出光侧面可以涂敷一荧光层，也可以先结构化蓝宝石衬底表面（即衬底第二表面）再涂覆荧光层，以达到提升出光效率的目的。预先涂敷荧光层的发光芯片在回流焊后就无需再涂覆荧光层，以达到简化应用过程的目的。为提升出光效率，在n型电极45和p型电极46与n型导电层42和p型导电层44接触界面处可以增加反射层，包括银、铝，以减少n型电极45和p型电极46接触界面吸光作用。
半导体叠层外延生长在具一定直径（通常大于2寸）的衬底片上。通常在完成芯片加工工艺后，再按所述半导体发光芯片的大小和形状，通过切割减薄后的衬底片得到分立的半导体发光芯片。
制造上述半导体发光芯片至少包括以下步骤：
在蓝宝石衬底41的第一表面上，按n型导电层42、发光层43、p型导电层44的次序，外延生长形成半导体叠层。可以理解的，n型导电层42、发光层43、p型导电层44等在蓝宝石衬底41的外延生长可以采用现有的各种工艺和技术完成。
首先制备n型电极台阶和/或n型电极通孔。在本实施例中通过在半导体叠层上制作形成n型电极台阶44a，裸露出制作n型电极45的n型电极台阶表面。然后，再沿所述半导体发光芯片的切割线制备凹槽。如图5所示，在相邻的二个半导体发光芯片所对应的半导体叠层400a、400b之间，制作凹槽430。沿切割线440将衬底41切开后，所述凹槽430一分为二，在相对应的二个半导体发光芯片的边缘形成相对于衬底41的边缘向半导体叠层一侧收缩的内凹。该凹槽430的底面在蓝宝石衬底41内（如图5所示），当沿切割线440将衬底41切开后，在半导体发光芯片的边缘形成衬底台阶44c，从而便于绝缘层410、410a更好地包裹整个半导体发光芯片；可以理解的，该凹槽的底面也可以位于蓝宝石衬底41的第一表面上，绝缘层410、410a同样可以包裹半导体发光芯片，形成绝缘。
如图5所示，该半导体发光芯片切割线440位于凹槽430的中央位置，并且该凹槽430的宽度大于切割宽度，从而便于半导体发光芯片的切割。
为了提高导电性能，在p型导电层44表面覆盖p型电流扩展层44b。同样的，在n型电极台阶44a表面和/或n型电极通孔底面也可覆盖n型电流扩展层。构成p型电流扩层44b的p型接触层、p型反射层、p型导电扩层，和构成n型电流扩层层的n型接触层、n型反射层、n型导电扩展层等的制作，可以采用现有的各种工艺进行制作。
然后，用绝缘层410、410a覆盖整个半导体发光芯片的所有裸露的、具有导电性的表面和侧面，包括p型电流扩展层44b表面和侧面、n型电流扩展层表面和侧面、裸露的p型导电层44表面和侧面、裸露的n型电极台阶44a表面和侧面和/或n型电极通孔底面和侧壁、凹槽440、裸露的发光层43侧面、裸露的n型导电层42表面和侧面等。可以理解的，整个半导体发光芯片的裸露的、导电性的表面和侧面可以根据芯片的实际制作时所产生的所有具导电性的表面和侧面，通过绝缘层410、410a将整个芯片包裹形成绝缘的芯片即可。绝缘层410、410a的制作可以采用现有的各种技术，例如通过包括电子束蒸发、磁控溅射、等离子加强化学气相沉积、旋涂玻璃(SOG)、旋涂电介质(SOD)方法中的一种或多种。在所述绝缘层中间嵌有反射层时，所述绝缘层分二次制作，其间制作所述反射层。所述反射层可以采用现有的各种工艺进行制作。
然后，从绝缘层410的表面向下刻蚀用于设置n型电极45和p型电极46的、贯穿绝缘层410的n型通孔和p型通孔。设置p型电极46的p型通孔底面全部位于p型电流扩展层44b上、或部分位于p型电流扩展层44b上另一部分位于p型导电层44上、或全部位于p型导电层44上，保证制作的p型电极46与p型导电层和/或p型电流扩展层44b形成可靠牢固的导电连接即可。设置n型电极45的n型通孔底面全部位于n型电流扩展层上、或部分位于n型电流扩展层上另一部分位于n型电极台阶44a表面和/或n电极通孔底面上、或全部位于n型电极台阶44a表面和/或n电极通孔底面上，保证制作的n型电极45与n型导电层42和/或n型电流扩展层形成可靠牢固的导电连接即可。可以理解的，该等通孔可以采用先用光刻在绝缘层表面形成掩膜，再通过湿法腐蚀或干法蚀刻等方式制作而成；通孔的制作位置和大小可以根据需要进行调整。
然后，在上述n型通孔、p型通孔中分别制备n型电极45、p型电极46，使得n型电极45的一端与n型导电层42电连接，另一端裸露出绝缘层410的表面；p型电极46的一端与p型导电层44电连接，另一端裸露出绝缘层410的表面。
进一步的，由于n型电极45、p型电极46裸露的面积较小，不利于焊接连接，因而，在n型电极45、p型电极46的外侧分别制作n型焊垫45a、p型焊垫46a，以增大接触面积，方便后续工序。可以理解的，n型焊垫45a、p型焊垫46a的形状可以根据需要进行设计，例如制作成圆形、方形、矩形、椭圆形、不规则形等等，使得部分绝缘层410被包裹在半导体叠层和p型焊垫46a、半导体叠层和n型焊垫45a之间即可。
然后，从衬底第二表面减薄蓝宝石衬底41，结构化减薄后的蓝宝石衬底41的第二表面，从而增加出光效率。
最后，沿半导体发光芯片切割线切割蓝宝石衬底41得到分立半导体发光芯片。
如图6所示，是本发明采用上述发光芯片制作的一种半导体照明灯具（以球泡灯为例）的一个实施例，包括灯板51、设置在灯板51上的电极焊盘53、导热焊盘53c、金属焊料54和54c、半导体发光芯片520、荧光层590a、灌封体590、散热灯体550、导电线556、电源555、灯头553、电源线554、灯罩591、导热焊盘53c与散热灯体550的连接导体53d、与电极焊盘53相连的电极焊点556a。可以理解的，该灯板51可以采用PCB板、覆铜陶瓷基板、或覆铜铝基板。当灯具外形改变时，该灯板可以是灯条、灯柱等来替换。如果用于制备LED或COB，则所述灯板51为制作LED的支架，包括SMD，TOP-SMD，大功率支架等，和COB基板。
由图6可知，所述荧光层直接涂敷在用于灯具制作的灯板上而不是通常的LED支架或COB基板上；所述灌封体590也是直接设置在用于灯具制作的灯板51上而不是通常的LED支架或COB基板上；所述发光芯片520不是通过通常采用的固晶打线工艺固定到支架或COB基板上而是直接通过简单的回流焊工艺焊接在用于灯具制作的灯板51上。显而易见，本发明的半导体发光芯片及其在制作灯具时可以采用的制作方法与常规芯片和工艺截然不断，不仅能大幅减少工艺环节，还能节省大量原辅材料的使用，也无需使用复杂昂贵的设备与技术，使灯具制作成本大幅下降。
从图6进一步可知，半导体发光芯片520通过其焊垫直接与焊盘53大面积接触，而焊盘又直接制作在灯板51上，形成最短的散热通道和最少的通道界面，继而能大幅提升散热效率，提升灯具可靠性。
该灯板51上设置的导电电路包括电极焊盘53、电极焊点556a、连接导体53d等。该电极焊盘53包括至少一p型电极焊盘、至少一n型电极焊盘，分别与半导体发光芯片520的p型焊垫46a、n型焊垫45a导电连接。电极焊盘与电极焊点556a连接，电极焊点556a再与导电线556连接，从而与外接电源形成电连接，为整个半导体发光芯片520供电。连接导体53d与散热灯体550连接，为整个半导体发光芯片520提供散热通道。
进一步的，该导电电路还可以包括在焊盘之间、焊盘与焊点或接点之间的互连金属，从而形成不同的电连接方式，使得半导体发光芯片520之间可以形成串联连接、并联连接、串并连接等各种连接方式。
灯板51上还设有导热焊盘53c，该导热焊盘53c与半导体发光芯片520的导热焊垫导热连接，并与p型电极焊盘和n型电极焊盘彼此之间绝缘，从而方便在半导体发光芯片520工作时产生的热量能通过独立的散热通道传递到灯板51上，并通过灯板51快速的传递到散热灯体550上。
制作时，先在灯板51上制备导电电路，该导电电路可以使用金属材料制成，例如Fe、Cr、Cu、Ti、Al、Ni、W、Pt、Pd、Ag、Au、Sn、Mo、及其合金中的一种或多种。
然后，在p型电极焊盘和n型电极焊盘上、或在p型电极焊盘、n型电极焊盘和导热焊盘（如图6中的53、53c）上涂敷金属基焊料（如图6中的54、54c）。该金属基焊料包括锡膏、AgSn、AgSnAu、AgSnCu、AgSnCuX、SnCu、SnAgBiIn、SnAgBi、SnAgBiX、SnBi、SnAgCuSb、SnAgInCu、InSn、SnCu、SnSb、SnZnX、SnZnBi中的一种或多种，其中，X为其他添加金属元素。
然后，在p型电极焊盘和n型电极焊盘上、或在p型电极焊盘、n型电极焊盘和导热焊盘上放置半导体发光芯片520，使p型焊垫或p型电极通过金属基焊料紧贴在p型电极焊盘表面；n型焊垫或n型电极通过金属基焊料紧贴在n型电极焊盘表面。并且，在设置导热焊垫时，导热焊垫通过金属基焊料紧贴在导热焊盘表面。
然后，加热至金属基焊料的焊接温度并保温，进行焊接工作。
冷却后，完成p型焊垫或p型电极与p型电极焊盘之间的导电连接，n型焊垫或n型电极与n型电极焊盘之间的导电连接。进一步的，导热焊垫与导热焊盘的导热连接。
如制作白光灯具，再用至少一含荧光粉的荧光层或荧光粉层包裹所述半导体发光芯片；或者，先用至少一含荧光粉的荧光层或荧光粉层包裹所述半导体发光芯片，再用至少一透光密封层包裹己包裏有荧光层或荧光粉层的半导体发光芯片；或者，用至少一透光密封层包裹所述半导体发光芯片。
最后，将灯板与灯具的电源、散热灯体等进行电连接后，完成整个灯具的组装。
与图3比较发现，由于半导体发光芯片520直接通过回流焊焊接到灯板51上，使得灯具结构变得十分简单，不仅省去了以固晶焊线为特征的LED封装环节，也省去了LED支架和光源模组基板（如图3中的覆铜铝基板31），缩短了制造流程，减少了工艺环节，降低了制造成本。如3所示的三次重复固定被缩减成单次简单的回流焊焊接过程，节省了大量原材料的使用，也无须使用复杂昂贵的设备，减轻了灯具重量，进一步降低了生产成本。
由于半导体发光芯片520产生的热量通过导热焊料54c直接传导到导热焊盘53c、连接导体53d和散热灯体550上，不存在任何高热阻的传导界面和介质，散热效果得到大大改善。此外，大面积金属焊料54与发光芯片520上焊垫相接触也能带走大量发光芯片产生的热量，达到散热的目的。
显而易见，本发明的半导体发光芯片结构简单、使用方便，适用于采用回流焊工艺直接将发光芯片焊接到各类应用成品中的各种基板上，包括PCB板、陶瓷覆铜板、和各种LED支架，达到缩短工艺流程，减少材料的使用量，改善散热导热性能、和大幅降低制造成本的目的。
可以理解的，上述各技术特征可以任意组合使用而不受限制。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种半导体发光芯片，包括具有第一表面和第二表面的衬底，在所述衬底第一表面有—至少包括n型导电层、发光层和p型导电层的半导体叠层，在所述半导体叠层表面至少有一裸露出部分n型导电层的n型电极台阶和/或n型电极通孔，其特征在于，所述半导体发光芯片的所有裸露的、具有导电性的表面和侧面被至少一绝缘层所包裹；
所述绝缘层表面设有裸露的至少一p型电极和至少一n型电极；所述p型电极和n型电极间彼此绝缘，并贯穿所述绝缘层分别与所述p型导电层和n型导电层导电连接；
在所述p型电极与n型电极之间有至少—紧贴在所述绝缘层表面的金属基导热焊垫，所述导热焊垫与所述n型电极和p型电极之间彼此绝缘。
2.根据权利要求1所述的半导体发光芯片，其特征在于，裸露在所述绝缘层表面的所述p型电极的位置处设有一与所述p型电极导电连接并紧贴在所述绝缘层表面的p型焊垫，使部分所述绝缘层被包裹在所述半导体叠层和p型焊垫之间；和/或
裸露在所述绝缘层表面的所述n型电极的位置处设有一与所述n型电极导电连接并紧贴在所述绝缘层表面的n型焊垫，使部分所述绝缘层被包裹在所述半导体叠层和n型焊垫之间；
在所述p型焊垫与n型焊垫之间有至少—紧贴在所述绝缘层表面的金属基导热焊垫，所述导热焊垫与所述n型焊垫和p型焊垫之间彼此绝缘。
3.根据权利要求2所述的半导体发光芯片，其特征在于，在所述半导体发光芯片四周有一内凹；所述内凹位于所述半导体发光芯片的所述半导体叠层一侧，所述内凹底面位于所述衬底第一表面或所述衬底内，所述内凹侧面和底面被至少一绝缘层所包裹。
4.根据权利要求3所述的半导体发光芯片，其特征在于，在所述p型导电层表面与所述绝缘层之间有一p型电流扩展层；所述p型电流扩展层与所述p型电极导电连接，所述p型电流扩展层包括p型导电扩展层、p型反射层、p型接触层中的一种或多种；和/或，
在所述n型电极台阶表面或n型电极通孔底面与所述绝缘层之间有一n型电流扩展层；所述n型电流扩展层与所述n型电极导电连接，所述n型电流扩展层包括n型导电扩展层、n型反射层、n型接触层中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的半导体发光芯片，其特征在于，所述绝缘层的部分或全部含有一光反射层；所述光反射层位于所述绝缘层的中间或位于所述绝缘层的裸露表面。
6.根据权利要求4所述的半导体发光芯片，其特征在于，所述衬底为透光衬底；所述衬底第一表面和/或第二表面为平坦光滑表面或结构化表面；所述结构化表面包括凹凸表面，所述凹凸表面包括锥状粗糙表面、金字塔状表面中的一种或多种；和/或，
所述衬底侧面和/或所述半导体叠层侧面为与所述衬底第一表面垂直或斜交的光滑平面、光滑曲面、结构化平面、或结构化曲面；所述结构化包括凹凸。
7.一种如权利要求4-6任一项所述的半导体发光芯片的制造方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
S1：在所述衬底的第一表面上，按n型导电层、发光层、p型导电层的次序，外延生长所述半导体叠层；
S2：制备n型电极台阶和/或n型电极通孔；所述n型电极台阶表面位于所述n型导电层内，所述n型电极通孔贯穿所述p型导电层和发光层至所述n型导电层；沿所述半导体发光芯片的切割线制备凹槽；所述凹槽宽度大于切割宽度；所述凹槽的底表面位于所述衬底第一表面或所述衬底内；所述半导体发光芯片切割线位于所述凹槽中央；
S3；在所述p型导电层表面覆盖所述p型电流扩展层；和/或，在所述n型电极台阶表面和/或n型电极通孔底面覆盖n型电流扩展层；
S4：用所述绝缘层包裹所述半导体发光芯片的所有裸露的、具有导电性的表面和侧面；
S5：在所述绝缘层上制备分别用于设置所述n型电极和p型电极的、贯穿所述绝缘层的n型通孔和p型通孔；设置所述p型电极的p型通孔底面全部位于所述p型电流扩展层上、或部分位于所述p型电流扩展层上另一部分位于所述p型导电层上、或全部位于所述p型导电层上；设置所述n型电极的n型通孔底面全部位于所述n型电流扩展层上、或部分位于所述n型电流扩展层上另一部分位于n型电极台阶表面和/或n电极通孔底面上、或全部位于n型电极台阶表面和/或n电极通孔底面上；
S6：在所述n型通孔和p型通孔内分别制备所述n型电极和p型电极；在所述绝缘层表面，制备与所述n型电极导电连接的所述n型焊垫，与所述p型电极导电连接的所述p型焊垫；
S7：从所述衬底第二表面减薄所述衬底；
S8：沿所述半导体发光芯片切割线，切割所述衬底得到分立的半导体发光芯片。
8.一种半导体照明灯具，包括散热灯体、套设安装在所述散热灯体外围的灯罩、安装在所述散热灯体上的灯头、以及固定安装在所述散热灯体内的灯板和电源；其特征在于，所述半导体照明灯具还包括权利要求2-6任一项所述的半导体发光芯片；
所述灯板上设置有导电电路，所述导电电路包括至少一p型电极焊盘、至少一n型电极焊盘、以及与外界实现电连接的至少一n型焊点或接点和至少一p型焊点或接点；所述p型电极焊盘与所述半导体发光芯片的p型电极导电相接，所述n型电极焊盘与所述半导体发光芯片的n型电极导电相接。
9.根据权利要求8所述的半导体照明灯具，其特征在于，所述导电电路还包括所述焊盘之间和所述焊盘与焊点或接点之间的互连金属；
所述灯板上设有导热焊盘，所述导热焊盘与所述半导体芯片的导热焊垫导热连接；
所述导热焊盘与所述p型电极焊盘和n型电极焊盘彼此之间绝缘。
10.一种权利要求8或9所述半导体照明灯具的制造方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
S1：在所述灯板上制备所述导电电路，所述导电电路使用的金属材料包括Fe、Cr、Cu、Ti、Al、Ni、W、Pt、Pd、Ag、Au、Sn、Mo、及其合金中的一种或多种；
S2：在所述p型电极焊盘和n型电极焊盘上涂敷金属基焊料；所述金属基焊料包括锡膏、AgSn、AgSnAu、AgSnCu、AgSnCuX、SnCu、SnAgBiIn、SnAgBi、SnAgBiX、SnBi、SnAgCuSb、SnAgInCu、InSn、SnCu、SnSb、SnZnX、SnZnBi中的一种或多种；
S3：在所述p型电极焊盘和n型电极焊盘上放置所述半导体发光芯片，使所述p型焊垫或p型电极通过所述金属基焊料紧贴在所述p型电极焊盘表面，所述n型焊垫或n型电极通过所述金属基焊料紧贴在所述n型电极焊盘表面；
S3：加热至所述金属基焊料的焊接温度并保温；
S4：冷却后，完成所述p型焊垫或p型电极与所述p型电极焊盘之间的导电连接，所述n型焊垫或n型电极与所述n型电极焊盘之间的导电连接。
11.根据权利要求10所述半导体照明灯具的制造方法，其特征在于，在步骤S4以后，用至少一含荧光粉的荧光层包裹所述半导体发光芯片；或者，
先用至少一含荧光粉的荧光层包裹所述半导体发光芯片，再用至少一透光密封层包裹已包裏有荧光层的半导体发光芯片；或者，
用至少一透光密封层包裹所述半导体发光芯片。
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