CN104282816A - 具有布拉格反射层的倒装芯片发光二级管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

具有布拉格反射层的倒装芯片发光二极管及其制备方法，发光二极管包括衬底材料、N型层、发光层、P型层、N电极及多个分散设置的P电极；P型层表面设置布拉格反射层，P电极凸出于布拉格反射层并在布拉格反射层表面形成凸点。制备时：制作外延片；制作电极；在P型层上形成布拉格反射层，使P电极露出于布拉格反射层并在布拉格反射层表面形成凸点；封装固晶。本发明在P型层上设置布拉格反射层，并设置多个凸出于布拉格反射层的P电极，使本发明倒装芯片具有高的光学取出效率，采用多点电极的结构，有利于电流密度均匀性提升，而且电极设计方案更加灵活，突破了现有倒装芯片发光二极管发光效率的技术瓶颈。

Description

具有布拉格反射层的倒装芯片发光二级管及其制备方法

技术领域

本发明属于发光二级管技术领域，尤其涉及一种倒装芯片型发光二级管及其制备方法。

背景技术

发光二极管器件的生产制造过程主要包括以下三大工艺步骤：外延工艺、芯片工艺和封装工艺。

外延工艺是在衬底材料上依次生长多层薄膜，包括N型层、发光层和P型层，在正向电场的作用下，发光层呈现360度角发光，上、下两面均有光线射出。图1和图2是以蓝宝石衬底的外延片A的结构示意图，在蓝宝石衬底100上依次为N型层101、发光层102和P型层103。

芯片工艺是在外延片A的P型层103和N型层101上制作电极，使其具备电路导通的功能。如图3和图4所示，为外延片在芯片工艺完成后的结构示意图。如图3所示，根据后续使用功率的需求，外延片A在芯片工艺完成后可切割成不同的尺寸大小。制作N电极104时需要刻除部分发光层102，从而占用一定的发光面积；而且电极为不透明材料，也阻挡吸收了部分光线。为了改善电场分布均匀性，并提升发光层光线的取出效率，芯片结构具有不同的设计方案，同时对单面出光要求的应用，芯片可设置一反射层。

芯片根据工艺可分为正装芯片和倒装芯片，正装芯片通常是用来进行传统的小功率发光二级管的封装，倒装芯片通常是用来封装大功率发光二级管。

图5为现有技术中一种正装芯片的结构示意图，如图5所示，在正装芯片结构中，一般在P型层103的表面增加一层透明导电层106，透明导电层106与P型层103经微合金工艺形成欧姆接触，透明导电层106通常是氧化铟锡，P电极105通过透明导线层106实现横向电路导通，N电极104与N型层101导通；在蓝宝石衬底100的底部设置一层布拉格反射层107，布拉格反射层107的工艺顺序在蓝宝石衬底100减薄之后，布拉格反射层的材料一般是二氧化硅和二氧化钛的多层交替叠加。其中，透明导电层106的透光率一般在90%～94%之间，布拉格反射层107的反射率在98%～99.5%之间。

图6为现有技术中一种倒装芯片的结构示意图。如图6所示，在倒装芯片结构中，一般在P型层103的表面增加一层金属反射层108，实现反射光线和横向导电的作用。该金属反射层108一般是银材料，初始银镀膜反射率可达96%。由于该金属反射层108直接跟P型层103接触，所以在工艺顺序上一般是整个工艺流程的第一道主要工序。在镀完金属反射层108后，为了实现P型层103的欧姆接触，需要进行微合金工艺。由于微合金工艺一般温度超过200℃，导致之前镀的银反射层出现集聚的现象，反射率随之降低，虽然银颗粒一般有其它材料保护，如钛、钨，但反射效果仍大幅度降低。在完成后续芯片工艺后，金属反射层108的反射率可能降低10%左右。

发明内容

针对以上不足，本发明的目的在于提供一种可有效提升光效的倒装芯片放光二极管及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

具有布拉格反射层的倒装芯片发光二极管，包括：衬底材料；形成于所述衬底材料上的N型层、发光层和P型层；形成于所述N型层上的N电极；所述P型层上形成有多个分散设置的P电极；在所述P型层表面设置布拉格反射层，所述P电极凸出于所述布拉格反射层并在所述布拉格反射层表面形成凸点。

进一步的具体方案为：所述P电极呈同心圆环阵列形式排列。

进一步的具体方案为：所述N电极位于所述芯片的几何中心。

进一步的具体方案为：所述P电极呈矩阵形式排列。

进一步的具体方案为：所述N型层上形成有4个分散设置的N电极，所述4个N电极分别位于所述芯片的四个角位置。

进一步的具体方案为：还包括用于连接所述多点设置的P电极的电极连接层，所述电极连接层位于所述布拉格反射层表面。

进一步的具体方案为：所述电极连接层为金属连接层。

进一步的具体方案为：所述电极连接层为封装基板线路层。

进一步的具体方案为：还包括位于所述P电极和N电极之间的绝缘层，形成P、N双电极焊接结构。

一种具有布拉格反射层的倒装芯片发光二极管的制备方法，包括以下步骤：

制作外延片：在衬底材料上形成N型层、发光层和P型层；

制作电极：在P型层的多个位置制作欧姆接触材料，光刻出P电极图案，进行金属-半导体微合金工艺，经沉积、光刻后形成P电极，光刻工艺后P电极露出于P型层，且P电极多点分散设置于P型层上；刻除部分发光层，在N型层上制作欧姆接触材料，光刻出N电极图案，进行金属-半导体微合金工艺，经沉积、光刻后形成N电极，光刻工艺后N电极露出于N型层；

形成布拉格反射层：在P型层上进行布拉格反射层镀膜，通过光刻工艺使P电极露出于布拉格反射层并在布拉格反射层表面形成凸点；

封装固晶：外延片经过衬底材料研磨减薄工艺后，进行芯片切割、裂片、测试及分选，进入封装工艺。

由以上技术方案可知，本发明在P型层上设置具有高反射率的布拉格反射层，同时设置多个凸出于布拉格反射层并在布拉格反射层表面形成凸点的P电极，通过在P型层上直接设置布拉格反射层，使本发明倒装芯片具有高的光学取出效率，相比现有银反射层，光效可提升10%以上，同时，采用多点电极的结构，有利于电流密度均匀性提升，而且电极设计方案更加灵活，突破了现有倒装芯片发光二极管发光效率的技术瓶颈。

附图说明

图1为现有技术的一种LED外延片的结构示意图；

图2为现有技术的外延片的剖面结构示意图；

图3为现有技术的外延片在芯片工艺完成后的结构示意图；

图4为现有技术的外延片在芯片工艺完成后的剖面结构示意图；

图5为现有技术的正装芯片的结构示意图；

图6为现有技术的倒装芯片的结构示意图；

图7为本发明的制备方法流程图；

图8为本发明实施例1的倒装芯片的结构示意图；

图9为本发明实施例2的倒装芯片的结构示意图；

图10为图9侧面剖视图；

图11为图10中B部分的局部结构示意图；

图12为本发明实施例3的倒装芯片的结构示意图；

图13为本发明实施例4的倒装芯片的结构示意图；

图14为本发明实施例5的倒装芯片的结构示意图；

图15为本发明实施例6的倒装芯片的结构示意图；

图16为本发明实施例7的倒装芯片发光二极管的结构示意图；

图17为本发明实施例8的倒装芯片发光二极管的结构示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，目前LED芯片的光效提升遇到了瓶颈，一方面，由于透明导电层的透光率难以突破94%，正装芯片的光效无法提升；另一方面，倒装芯片由于镀有金属（银）反射层，虽然镀银反射层的初始反射率可以达到96.5%，但在P型层微合金工艺（退火工艺）后，银在200℃以上容易结球，导致镀银反射层的反射率大幅下降，预计反射率仅80%～90%。

申请人研究发现，布拉格反射层具有99.5%的反射率，其已成熟应用在正装芯片领域，布拉格反射层也逐渐开始在倒装芯片领域上应用。但是为了实现P电极的导电效果，现有技术中在布拉格反射层和P型层之间需要设置一层透明导电层，该透明导电层的存在会影响倒装芯片的出光率。

为了解决以上问题，申请人提出了一种具有布拉格反射层的倒装芯片结构，在P型层上直接设置布拉格反射层，同时P型层设置多点P电极，P电极穿过布拉格反射层后突出于布拉格反射层表面，形成凸点状，实现横向导电。

以上是本申请的核心思想，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的附图会不依一般比例做局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例1

如图7所示，本发明倒装芯片发光二级管的制备方法步骤如下：

制作外延片：在诸如蓝宝石衬底的衬底材料上依次形成N型层、发光层和P型层；

制作电极：在P型层上制作欧姆接触材料（P电极），沉积如钛、镍材料，光刻出P电极图案，进行金属-半导体微合金工艺，再沉积如铝镍金等其它电极材料，再进行光刻形成P电极；同样的，在刻除部分发光层后，采用相同步骤在N型层上制作欧姆接触材料（N电极）；光刻工艺使P电极、N电极分别露出于P型层和N型层，各自在P型层和N型层的表面形成凸点；

形成布拉格反射层：在P型层上进行光学布拉格反射层镀膜，再通过光刻工艺使P电极露出于布拉格反射层并在布拉格反射层表面形成凸点；

外延片经过衬底材料研磨减薄工艺后，进行芯片切割、裂片、测试及分选，进入封装工艺。

如图8所示，由以上方法制备出来的倒装芯片发光二级管包括衬底材料1、依次层叠形成于衬底材料1上的N型层2、发光层3和P型层4，N电极6与N型层2以微合金工艺形成欧姆接触。在P型层4上设置布拉格反射层5，布拉格反射层5为二氧化硅和二氧化钛的多层交替结构，布拉格反射层5在P电极7的工艺后制作。在P型层4上设置有多个穿过布拉格反射层5的P电极7，P电极7穿过布拉格反射层5后在布拉格反射层表面形成凸点。与现有技术相同，P电极7和N电极6具有多层结构，如P电极7与P型层4的接触部分为钛镍材料，P电极7与P型层4间以微合金工艺形成欧姆接触，再沉积其它材料，如铝镍金等，N电极结构类似。

本实施例提供的倒装芯片发光二级管结构中没有设置透明导电层，以避免透明导电层的透光率对芯片出光效率的影响，同时设置多个P电极，以拟补在没有透明导电层的情况下P型层横向导电率较差的不足；同时由于在P型层上直接设置布拉格反射层，由于布拉格反射层具有99.5%的反射率，与现有技术的采用镀银反射层的芯片相比，由于镀银反射层受微合金工艺影响反射率仅为80%～90%，本实施例的倒装芯片发光二级管的出光效率更高。

实施例2

如图9至图11所示，在蓝宝石衬底1上依次设置N型层2、发光层3、P型层4和布拉格反射层5，N电极6与N型层2形成欧姆接触，P电极7与P型层4形成欧姆接触。N电极6和P电极7均穿过布拉格反射层5，N电极6和P电极7在布拉格反射层5表面形成凸点。作为本发明进一步优选的实施方案，本实施例的N电极6设置于外延片的几何中心，P电极7环绕在N电极6的外围，呈同心圆环阵列形式排列，采用同心圆环阵列的形式排列，有利于提高横向导电率。

实施例3

如图12所示，本实施例与前述实施例不同的地方在于：在芯片工艺中增加了一层金属连接层8作为电极连接层，金属连接层8位于布拉格反射层5之上，金属连接层8用于连接多点设置的P电极7，使多个P电极连接成整片电极结构。由于金属连接层可以使各分立的P电极具有相同的电势电位，因此有利于在发光层形成均匀的电场分布。该金属连接层8的材料可以为铝、镍、金、锡、银或合金。多点P电极结构和金属连接层结构可以使芯片电极的设计更加灵活。

实施例4

如图13所示，本实施例与实施例3不同的地方在于：电极连接层为封装基板线路层8’，当将倒装芯片与封装基板9进行封装时，封装基板线路层8’通过固晶焊接层10使多个P电极7连接成整片电极结构，从而实现电路连接。

实施例5

如图14所示，本实施例与实施例2不同的地方在于：P电极7呈矩阵形式排列，N电极6位于倒装芯片的4个角位置，即位于P电极7外围。

实施例6

如图15所示，本实施例基于实施例3所述结构的基础上增加一绝缘层11，形成的P、N双电极焊接结构的倒装芯片，绝缘层11位于P电极7和N电极6之间。

实施例7

如图16所示，图16为采用四颗实施例6所述结构芯片E、双面陶瓷封装基板F（双面线路）加上封装透镜G封装成的LED器件。

实施例8

如图17所示，图17为采用四颗实施例3所述结构芯片E、多层陶瓷封装基板F（三层线路层）加上封装透镜G封装成的LED器件。

本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其它部分的不同之处，各个部分之间相同或相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (10)

1.具有布拉格反射层的倒装芯片发光二极管，包括：

衬底材料；

形成于所述衬底材料上的N型层、发光层和P型层；

形成于所述N型层上的N电极；

其特征在于：

所述P型层上形成有多个分散设置的P电极；

在所述P型层表面设置布拉格反射层，所述P电极凸出于所述布拉格反射层并在所述布拉格反射层表面形成凸点。

2.如权利要求1所述的具有布拉格反射层的倒装芯片发光二极管，其特征在于：所述P电极呈同心圆环阵列形式排列。

3.如权利要求2所述的具有布拉格反射层的倒装芯片发光二极管，其特征在于：所述N电极位于所述芯片的几何中心。

4.如权利要求1所述的具有布拉格反射层的倒装芯片发光二极管，其特征在于：所述P电极呈矩阵形式排列。

5.如权利要求4所述的具有布拉格反射层的倒装芯片发光二极管，其特征在于：所述N型层上形成有4个分散设置的N电极，所述4个N电极分别位于所述芯片的四个角位置。

6.如权利要求1所述的具有布拉格反射层的倒装芯片发光二极管，其特征在于：还包括用于连接所述多点设置的P电极的电极连接层，所述电极连接层位于所述布拉格反射层表面。

7.如权利要求6所述的具有布拉格反射层的倒装芯片发光二极管，其特征在于：所述电极连接层为金属连接层。

8.如权利要求6所述的具有布拉格反射层的倒装芯片发光二极管，其特征在于：所述电极连接层为封装基板线路层。

9.如权利要求7所述的具有布拉格反射层的倒装芯片发光二极管，其特征在于：还包括位于所述P电极和N电极之间的绝缘层，形成P、N双电极焊接结构。

10.一种具有布拉格反射层的倒装芯片发光二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

制作外延片：在衬底材料上形成N型层、发光层和P型层；

制作电极：在P型层的多个位置制作欧姆接触材料，光刻出P电极图案，进行金属-半导体微合金工艺，经沉积、光刻后形成P电极，光刻工艺后P电极露出于P型层，且P电极多点分散设置于P型层上；刻除部分发光层，在N型层上制作欧姆接触材料，光刻出N电极图案，进行金属-半导体微合金工艺，经沉积、光刻后形成N电极，光刻工艺后N电极露出于N型层；

形成布拉格反射层：在P型层上进行布拉格反射层镀膜，通过光刻工艺使P电极露出于布拉格反射层并在布拉格反射层表面形成凸点；

封装固晶：外延片经过衬底材料研磨减薄工艺后，进行芯片切割、裂片、测试及分选，进入封装工艺。