CN105742469A - 半导体发光芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种半导体发光芯片，包括衬底，在衬底第一表面有—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型电极槽位；半导体发光芯片的部分或全部裸露的、具有导电性的表面和侧面被至少一绝缘层所包裹；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；p型电极和n型电极贯穿绝缘层分别与p型导电层和n型导电层导电连接；裸露在绝缘层表面的p型电极的位置处设有p型焊垫；裸露在绝缘层表面的n型电极的位置处设有n型焊垫；至少一p型焊垫和/或至少一n型焊垫向半导体发光芯片的外侧侧表面延伸形成相应的侧焊垫。本发明焊接方便、焊接粘着性好，电阻热阻低、制造成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体发光芯片，进一步涉及一种适用于回流焊的半导体发光芯片。
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。
现有的半导体发光芯片中，n型焊垫、p型焊垫设置在半导体叠层的表面上，因此半导体叠层的表面需要一定的表面积来供焊垫的设置。随着半导体发光芯片尺寸的不断缩小，留给其中的n型焊垫、p型焊垫、金属基导热焊垫的表面积越来越小，不仅导致回流焊焊接困难，也导致焊接接触面积太小，推力不足，电阻热阻变大等问题，对制造小尺寸大电流类型的半导体发光芯片存在本质的缺陷。
另外，随着LED应用场合的拓展，一些场合需要双面出光的半导体发光芯片，传统的芯片的焊垫往往需要占用芯片的一个表面，而无法实现双面出光的要求，限制了芯片的应用场合。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种焊接方便、焊接粘着性好，电阻热阻低、制造成本低的半导体发光芯片。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供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型电极槽位；所述半导体发光芯片的部分或全部裸露的、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；
裸露在所述绝缘层表面的所述p型电极的位置处设有与所述p型电极导电连接并紧贴在所述绝缘层表面的p型焊垫；裸露在所述绝缘层表面的所述n型电极的位置处设有与所述n型电极导电连接并紧贴在所述绝缘层表面的n型焊垫；
至少一所述p型焊垫和/或至少一所述n型焊垫向半导体发光芯片的外侧侧表面延伸，在所述半导体发光芯片外侧的部分或全部侧表面形成相应的侧焊垫。
优选地，所述p型导电层表面与所述绝缘层之间设有p型电流扩展层；所述p型电极与所述p型电流扩展层导电连接；和/或，
所述n型电极槽位底面与所述绝缘层之间设有n型电流扩展层；所述n型电极与所述n型电流扩展层导电连接。
优选地，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；
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。
优选地，所述p型电流扩展层包括p型反射层，所述n型电流扩展层包括n型反射层，所述半导体发光芯片为正面和/或侧面出光；或者，所述p型电流扩展层包括p型导电扩展层、和/或p型接触层；所述n型电流扩展层包括n型导电扩展层、和/或n型接触层，所述半导体发光芯片为正面、背面和/或侧面出光。
优选地，所述n型电极与所述p型电极之间设有至少—紧贴在所述绝缘层表面的金属基导热焊垫，所述金属基导热焊垫与所述n型电极和p型电极之间彼此绝缘。
优选地，所述n型焊垫与p型焊垫之间设有至少—紧贴在所述绝缘层表面的金属基导热焊垫，所述金属基导热焊垫与所述n型焊垫和p型焊垫之间彼此绝缘。
优选地，该半导体发光芯片四周有一内凹；所述内凹位于所述半导体叠层一侧，所述内凹的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所述绝缘层所包裹。
优选地，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。
优选地，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。
优选地，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。
优选地，所述n型电极槽位包括台阶和/或通孔。
本发明的半导体发光芯片，焊垫向半导体发光芯片的外侧侧表面延伸形成侧焊垫，结构简单，焊接方便、焊接粘着性好，电阻热阻低、制造成本低，适用于制造小尺寸大电流类型的半导体发光芯片。
进一步的，通过侧焊垫的设置，能大大减小焊垫占用芯片出光面的面积，从而使得芯片具有双面出光的可行性，拓展了芯片的应用场合。
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是本发明第一实施例的半导体发光芯片的结构示意图；
图2是本发明第二实施例的半导体发光芯片的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明第一实施例的半导体发光芯片，包括衬底10、半导体叠层11、至少一n型电极12、至少一p型电极13、至少一n型焊垫14以及至少一p型焊垫15。其中，衬底10具有第一表面和第二表面；半导体叠层11设置在第一表面上，其包括依次叠设的n型导电层111、发光层112及p型导电层113。该半导体发光芯片的部分或全部裸露的、具有导电性的表面和侧面被至少一绝缘层16所包裹。
至少一p型电极13裸露在绝缘层16的表面；至少一n型电极12裸露在绝缘层16的表面。p型电极13和n型电极12间彼此绝缘，并贯穿绝缘层16分别与p型导电层113和n型导电层111导电连接。n型电极12和p型电极13优选靠近半导体发光芯片的外侧设置。
p型焊垫15设置在裸露在绝缘层16表面的p型电极13的位置处并紧贴在绝缘层16表面，且与p型电极13导电连接；n型焊垫14设置在裸露在绝缘层16表面的n型电极12的位置处并紧贴在绝缘层16表面的，且与n型电极12导电连接。p型焊垫15和n型焊垫14间彼此绝缘。
至少一p型焊垫15和/或至少一n型焊垫14向半导体发光芯片的外侧侧表面延伸，在半导体发光芯片外侧的部分或全部侧表面形成相应的侧焊垫。侧焊垫的形成方便焊接，焊接粘着性好，电阻热阻低、制造成本低，适用于制造小尺寸大电流类型的半导体发光芯片。此外，通过侧焊垫的设置，能大大减小焊垫占用芯片出光面的面积，对于需要双面出光的半导体发光芯片而言，该侧焊垫的设置不影响两面的发光。从而使得芯片具有双面出光的可行性，拓展了芯片的应用场合。
具体地，在本实施例中，半导体叠层11设置在衬底10的第一表面上，而衬底10的第二表面可作为出光表面，半导体叠层11产生的光线通过第二表面发出。衬底10优选为蓝宝石衬底。可以理解的，衬底10也可以采用其他材质做成的透光衬底。
该衬底10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10的侧面、半导体叠层11侧面为与衬底10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；结构化包括凹凸、锯齿中的一种或多种。
半导体叠层11表面至少有一裸露出部分n型导电层111的n型电极槽位110。n型电极12位于该n型电极槽位110中，以与n型导电层111导电连接。
n型电极槽位110包括台阶和/或通孔。n型电极槽位110的底面用于制作n型电极12和/或n型电流扩展层，该底面可位于n型导电层111上，或位于n型导电层111内。n型电极槽位110的侧面可为与衬底10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；结构化包括凹凸、锯齿中的一种或多种。
为最大限度地减少发光层113面积的减少，制作n型电极槽位110应该尽量的窄，可优选通孔代替台阶。
在本实施例中，在半导体发光芯片的四周形成有一内凹100。内凹100相对于衬底10的边缘向半导体叠层11一侧收缩的，从而内凹100位于半导体叠层11一侧。该内凹100的底面位于衬底10第一表面上或衬底10内。
内凹100侧面和底面被至少一绝缘层所包裹，该绝缘层可由上述的绝缘层16延伸形成。内凹100的设置，在衬底10上形成衬底台阶。绝缘层包裹内凹100且填满整个衬底台阶，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16材料可包括二氧化硅、三氧化二铝、氮化铝、和氮化硅等。
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半导体叠层11的所有裸露的、具有导电性的表面和侧面，未被n型电极12所覆盖的n型导电层111的裸露表面和裸露侧面、未被p型电极13覆盖的p型导电层113的裸露表面和裸露侧面、发光层112的裸露侧面、n型电极槽位110侧面、和内凹100侧面及其底面等。绝缘层16的最薄处的厚度通常大于150纳米。整个半导体发光芯片由于被绝缘层16完全包裹，所以即使没有灌封胶保护也同样能使用。
进一步地，本实施例的半导体发光芯片还包括p型电流扩展层18。
n型导电层111通常比p型导电层113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111。相反，由于p型导电层113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112，优选在p型导电层113表面覆盖p型电流扩展层18。
p型电流扩展层18一方面具有良好的导电特性，另一方面能与p型导电层113形成低阻接触或低阻欧姆接触，此外，为提高从衬底10第二表面的出光量，p型电流扩展层18包含p型反射层。所以，p型电流扩展层18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18也可以根据需要设置成包括p型导电扩展层、p型反射层和p型接触层中的一种或多种。
其中，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113开始依次排列次序为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，依次排列次序也可以是p型接触层、p型导电扩展层、p型反射层。
p型电流扩展层18设置在p型导电层113表面与绝缘层16之间，并与p型电极13导电连接。
p型电极13可贯穿p型电流扩展层18，与p型导电层113和p型电流扩展层18导电连接。p型电极13也可以只与p型电流扩展层18接触，并通过p型电流扩展层18与p型导电层113形成导电连接。p型电极13也可以部分贯穿p型电流扩展层18，与p型导电层113直接接触形成导电连接，其余部分与p型电流扩展层18直接接触形成导电连接。
根据需要，本实施例的半导体发光芯片还包括n型电流扩展层17，与p型电流扩展层18具有相同的作用和功能。n型电流扩展层17设置在n型电极槽位110底面与绝缘层16之间，并与n型电极12导电连接。
n型电极12可贯穿n型电流扩展层17，与n型导电层111和n型电流扩展层17导电连接。n型电极12也可以只与n型电流扩展层17接触，并通过p型电流扩展层18与n型导电层111形成导电连接。n型电极12也可以部分贯穿n型电流扩展层17，与n型导电层111直接接触形成导电连接，其余部分与n型电流扩展层17直接接触形成导电连接。
n型电流扩展层17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。
上述的p型电流扩展层18和n型电流扩展层17中，当p型电流扩展层18包括有p型反射层，n型电流扩展层17包括有n型反射层时，半导体发光芯片可以正面和/或侧面出光；当p型电流扩展层18不包括p型反射层，如包括p型接触层和/或p型导电扩展层，n型电流扩展层17不包括n型反射层，如包括n型接触层和/或n型导电扩展层时，半导体发光芯片可以正面、侧面和/或背面出光。
当然，根据需要，n型电流扩展层17和p型电流扩展层18也可选择其一进行设置，或均不设置。
由于回流焊接需要较大面积的焊接表面，n型电极12和p型电极13的截面积不够大，特别是n型电极12的截面积更加受到n型电极槽位110尺寸的限制，远不能满足回流焊涂敷金属焊料的要求。因此，在绝缘层16表面设置的p型焊垫15和n型焊垫14很好地解决了上述问题。可以理解的，可以根据需要同时设置p型焊垫15和n型焊垫14，或者根据需要设置其中任意一个。
进一步地，本实施例的半导体发光芯片还可包括至少—金属基导热焊垫(未图示)。
金属基导热焊垫紧贴在绝缘层16表面，可设置在n型电极12与p型电极13之间，和/或，n型焊垫14与p型焊垫15之间。并且，金属基导热焊垫与n型电极12和p型电极13、n型焊垫14和p型焊垫15之间彼此绝缘，从而可以直接与散热装置相连接，提升散热效率。金属基导热焊垫通常采用良导热金属材料，包括银、铝、金。
半导体发光芯片可通过金属基导热焊垫回流焊到LED支架的焊盘上，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。
如图2所示，本发明第二实施例的半导体发光芯片，包括衬底10、半导体叠层11、至少一n型电极12、至少一p型电极13、至少一n型焊垫14以及至少一p型焊垫15。其中，衬底10具有第一表面和第二表面；半导体叠层11设置在第一表面上，其包括依次叠设的n型导电层111、发光层112及p型导电层113。该半导体发光芯片的部分或全部裸露的、具有导电性的表面和侧面被至少一绝缘层16所包裹。
至少一p型电极13裸露在绝缘层16的表面；至少一n型电极12裸露在绝缘层16的表面。p型电极13和n型电极12间彼此绝缘，并贯穿绝缘层16分别与p型导电层113和n型导电层111导电连接。
p型焊垫15设置在裸露在绝缘层16表面的p型电极13的位置处并紧贴在绝缘层16表面，且与p型电极13导电连接；n型焊垫14设置在裸露在绝缘层16表面的n型电极12的位置处并紧贴在绝缘层16表面的，且与n型电极12导电连接。p型焊垫15和n型焊垫14间彼此绝缘。
至少一p型焊垫15和/或至少一n型焊垫14向半导体发光芯片的外侧侧表面延伸，在半导体发光芯片外侧的部分或全部侧表面形成相应的侧焊垫。侧焊垫的形成方便焊接，焊接粘着性好，电阻热阻低、制造成本低，适用于制造小尺寸大电流类型的半导体发光芯片。此外，对于双面发光的半导体芯片而言，该侧焊垫的设置不影响两面的发光。
该实施例与上述第一实施例不同的是：绝缘层16的部分或全部含有一光反射层19。光反射层19可位于绝缘层16的中间或位于绝缘层16的裸露表面。
由于绝缘层16通常是透光薄层，光反射层19的设置很好地防止光通过绝缘层16外射。光反射层19包括银层、铝层、布拉格全反射膜(DBR)中的一种或多种。
如果p型电流扩展层18已含有p型反射层，覆盖p型电流扩展层18的那部分绝缘层16可以不再重复设置光反射层。
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 (10)
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型电极槽位；其特征在于，所述半导体发光芯片的部分或全部裸露的、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；
裸露在所述绝缘层表面的所述p型电极的位置处设有与所述p型电极导电连接并紧贴在所述绝缘层表面的p型焊垫；裸露在所述绝缘层表面的所述n型电极的位置处设有与所述n型电极导电连接并紧贴在所述绝缘层表面的n型焊垫；
至少一所述p型焊垫和/或至少一所述n型焊垫向半导体发光芯片的外侧侧表面延伸，在所述半导体发光芯片外侧的部分或全部侧表面形成相应的侧焊垫。
2.根据权利要求1所述的半导体发光芯片，其特征在于，所述p型导电层表面与所述绝缘层之间设有p型电流扩展层；所述p型电极与所述p型电流扩展层导电连接；和/或，
所述n型电极槽位底面与所述绝缘层之间设有n型电流扩展层；所述n型电极与所述n型电流扩展层导电连接。
3.根据权利要求2所述的半导体发光芯片，其特征在于，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；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；或者，
所述p型电流扩展层包括p型反射层，所述n型电流扩展层包括n型反射层，所述半导体发光芯片为正面和/或侧面出光；或者，所述p型电流扩展层包括p型导电扩展层、和/或p型接触层；所述n型电流扩展层包括n型导电扩展层、和/或n型接触层，所述半导体发光芯片为正面、背面和/或侧面出光。
4.根据权利要求1所述的半导体发光芯片，其特征在于，所述n型电极与所述p型电极之间设有至少—紧贴在所述绝缘层表面的金属基导热焊垫，所述金属基导热焊垫与所述n型电极和p型电极之间彼此绝缘。
5.根据权利要求1所述的半导体发光芯片，其特征在于，所述n型焊垫与p型焊垫之间设有至少—紧贴在所述绝缘层表面的金属基导热焊垫，所述金属基导热焊垫与所述n型焊垫和p型焊垫之间彼此绝缘。
6.根据权利要求1所述的半导体发光芯片，其特征在于，该半导体发光芯片四周有一内凹；所述内凹位于所述半导体叠层一侧，所述内凹的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所述绝缘层所包裹。
7.根据权利要求1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。
8.根据权利要求1-7任一项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锥状粗糙表面、凹凸表面、金字塔状表面中的一种或多种。
9.根据权利要求1-7任一项所述的半导体发光芯片，其特征在于，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。
10.根据权利要求1-7任一项所述的半导体发光芯片，其特征在于，所述n型电极槽位包括台阶和/或通孔。
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