CN107170737A - 一种双面发光led芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双面发光LED芯片，包括：具有第一和第二表面的透明衬底，两个表面经过抛光或图形化处理；第一和第二表面外延生长第一和第二芯片外延结构层，第一芯片外延结构层包括第一P型半导体层和第一N型半导体层，第二芯片外延结构层包括第二P型半导体层和第二N型半导体层；第一芯片外延结构层上设置有P型电流扩散层，P型电流扩散层上设置有一小面积第一P型电极，第一N型半导体层上设置有一第一N型电极；第二芯片外延结构层的第二P型半导体层上设置有一大面积第二P型电极，第二N型半导体层上设置有一第二N型电极。通过对透明衬底片的上下表面进行发光外延结构制备，可以双面发光，提高了出光效率，改变封装模式提高散热。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED芯片，具体地涉及一种双面发光LED芯片及其制作方法。
背景技术
在现有的LED封装技术中，通常是将单面发光的芯片正装在散热基板或者散热支架上，单面发光的芯片通常是在蓝宝石衬底的一个面进行PN结结构的制作，然后通过电极制作，金属引线的方式正装到散热基板上，也有通过倒装的方式，将芯片上的电极倒装焊接到散热基板上的。但总而言之，芯片的发光面单一，出光效率不高。
中国专利文献CN 204696145公开了一种双面发光LED芯片，包括衬底以及位于衬底上的外延结构，所述外延结构包括位于衬底上的 N 型半导体层、位于 N 型半导体层上且相互分离设置的第一多量子阱发光层和第二多量子阱发光层、以及分别位于第一多量子阱发光层和第二多量子阱发光层上的第一P型半导体层和第二 P型半导体层，所述 N 型半导体层上设置有 N 电极，所述第一 P 型半导体层和第二 P 型半导体层上分别设置有第一P 电极和第二 P 电极。通过在同一衬底上形成两个相互分离的 LED 发光个体，通过一组芯片实现 LED双面发光效果，该种方法从严格意义上来讲还是单面发光，虽然可以从一定程度上提高发光效率，但是散热效果差，使用寿命低。
发明内容
针对上述现有技术存在的技术问题，本发明目的是：提供了一种双面发光LED芯片及其制备方法，通过对透明衬底片的上下表面进行发光外延结构制备，改变传统单面发光结构模式，使其出光效率提高了一倍，大大提高了亮度。同时又将正装和倒装相结合的方式，优化了封装结构，在提高出光效率的同时，又改善了芯片的散热。
本发明的技术方案是：
一种双面发光LED芯片，包括：
一透明衬底，由透明材料制成，具有一第一表面以及与该第一表面相对的一第二表面，所述第一表面和第二表面经过抛光或图形化处理；
一第一芯片外延结构层，外延生长于第一表面；
一第二芯片外延结构层，外延生长于第二表面；
所述第一芯片外延结构层和所述第二芯片外延结构层对称分布，所述第一芯片外延结构层包括第一P型半导体层和第一N型半导体层，所述第二芯片外延结构层包括第二P型半导体层和第二N型半导体层；
所述第一芯片外延结构层上设置有P型电流扩散层，所述P型电流扩散层上设置有一小面积第一P型电极，所述第一N型半导体层上设置有一第一N型电极；
所述第二芯片外延结构层的第二P型半导体层上设置有一大面积第二P型电极，所述第二N型半导体层上设置有一第二N型电极。
优选的，所述透明衬底由蓝宝石、氮化镓、氮化铝中的一种或者多种合成。
优选的，所述透明衬底的厚度为100～650微米。
优选的，所述P型电流扩散层由铟锡氧化物、氟锡氧化物、钡锡氧化物或石墨烯中的一种或者多种合成。
本发明还公开了一种双面发光LED芯片的封装结构，包括双面发光LED芯片和封装基板，所述封装基板包括电路层，所述电路层设置有第二正电极、第二负电极、第一正电极和第一负电极，所述第一正电极和第一负电极分别设置在第二正电极和第二负电极的两侧，所述第二P型电极焊接于第二正电极，所述第二N型电极焊接于第二负电极，所述第一P型电极和第一N型电极分别通过金属引线连接第一正电极和第一负电极，所述双面发光LED芯片的外围通过硅胶或者环氧树脂包裹封装于封装基板。
优选的，所述封装基板的电路层下方设置有绝缘层和散热基板。
本发明又公开了一种双面发光LED芯片的制作方法，包括以下步骤：
（1）对透明衬底的两个表面进行抛光或图形化处理；
（2）在透明衬底的第一表面依次外延生长第一N型半导体层和第一P型半导体层，在第二表面依次外延生长第二N型半导体层和第二P型半导体层；
（3）在第一P型半导体层表面刻蚀至第一N型半导体层表面的第一N型电极窗口区，在第二P型半导体层表面刻蚀至第二N型半导体层表面的第二N型电极窗口区；
（4）用透明导电材料在第一P型半导体层沉积P型电流扩散层；
（5）在P型电流扩散层上制备一小面积第一P型电极，在第一N型电极窗口区制备第一N型电极，在第二P型半导体层表面制备一大面积第二P型电极，在第二N型电极窗口区制备第二N型电极。
优选的，所述透明衬底由蓝宝石、氮化镓、氮化铝中的一种或者多种合成。
优选的，所述P型电流扩散层由铟锡氧化物、氟锡氧化物、钡锡氧化物或石墨烯中的一种或者多种合成。
优选的，还包括，将双面发光LED芯片封装在封装基板上，所述封装基板包括电路层，所述电路层设置有第二正电极、第二负电极、第一正电极和第一负电极，所述第一正电极和第一负电极分别设置在第二正电极和第二负电极的两侧；
将第二P型电极焊接于第二正电极，将第二N型电极焊接于第二负电极，第一P型电极和第一N型电极分别通过金属引线连接第一正电极和第一负电极；
双面发光LED芯片的外围通过硅胶或者环氧树脂包裹封装于封装基板。
与现有技术相比，本发明的优点是：
通过对透明衬底片的上下表面进行发光外延结构制备，改变传统单面发光结构模式，使其出光效率提高了一倍，大大提高了亮度。同时又将正装和倒装相结合的方式，优化了封装结构，在提高出光效率的同时，又改善了芯片的散热。封装结构设计合理，可广泛应用于半导体固体照明等节能环保领域。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1是本发明的芯片外延结构示意图；
图2是本发明N型电极窗口区结构示意图；
图3是本发明芯片电极结构示意图；
图4是芯片封装结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例：
一种双面发光LED芯片的制备方法，包括如下步骤：
（1）选用蓝宝石、氮化镓、氮化铝材料中的一种或者以上材料的多元复合体作为外延生长的透明衬底1。透明衬底1的厚度范围选在100～650微米。透明衬底1的上下表面进行抛光或图形化。
（2）通过金属有机物化学气相沉积（MOCVD）的方法在透明衬底1的第一表面依次外延生长第一N型半导体层2和第一P型半导体层3，在第二表面依次外延生长第二N型半导体层5和第二P型半导体层4，如图1所示。
（3）利用光刻、显影、刻蚀等半导体工艺技术依次在第一P型半导体层3和第一N型半导体层2表面刻蚀，直至刻蚀出第一N型电极窗口区6，依次在第二P型半导体层4和第二N型半导体层5表面刻蚀，直至刻蚀出第二N型电极窗口区7，如图2所示。第一N型电极窗口区6和第二N型电极窗口区7设置在芯片的边角，可以对称布置。
（4）用透明导电材料在第一P型半导体层表面沉积P型电流扩散层8；透明导电材料为铟锡氧化物、氟锡氧化物、钡锡氧化物或者石墨烯等导电透明材料中的一种或多种合成材料。P型电流扩散层8主要用于第一P型半导体层中电流密度分布均匀。
（5）在P型电流扩散层8上制备一小面积第一P型电极9，在第一N型电极窗口区6制备第一N型电极10，在第二P型半导体层表面制备一大面积第二P型电极11，在第二N型电极窗口区制备第二N型电极12。第一P型电极9的面积较小，可以与第一N型电极10、第二N型电极12的大小相当，第二P型电极11比第一P型电极9的面积大，可以与第二P型半导体层4相当。
P型电极和N型电极的材料为铬、铂、金、镍、钛、铜、铟、锡、铅、银等金属材料中的一种或者多种合成物。用合金的工艺方法，使各电极区金属层间形成欧姆接触。如图3所示。
接下来将双面发光LED芯片封装在封装基板上。
如图4所示，封装基板20包括电路层13，电路层13下方设置有绝缘层19和散热基板17。电路层13设置有第二正电极21、第二负电极22、第一正电极23和第一负电极24，第一正电极23和第一负电极24分别设置在第二正电极21和第二负电极22的两侧。
将第二P型电极11焊接于第二正电极21，将第二N型电极12焊接于第二负电极22，第一P型电极9和第一N型电极10分别通过金属引线16连接第一正电极23和第一负电极24。焊接为共晶合金焊接，共晶合金工艺中的焊料18为金、铟、铅、银、锡中的一种或多种合成物
将双面发光LED芯片的外围通过硅胶或者环氧树脂30包裹封装于封装基板20。
本发明方法所制备的LED芯片，采用正反双面发光，比传统芯片亮度高，其封装结构设计合理，散热效果好，适合大规模批量生产，可广泛应用于半导体固体照明等节能环保领域。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种双面发光LED芯片，其特征在于，包括：
一透明衬底，由透明材料制成，具有一第一表面以及与该第一表面相对的一第二表面，所述第一表面和第二表面经过抛光或图形化处理；
一第一芯片外延结构层，外延生长于第一表面；
一第二芯片外延结构层，外延生长于第二表面；
所述第一芯片外延结构层和所述第二芯片外延结构层对称分布，所述第一芯片外延结构层包括第一P型半导体层和第一N型半导体层，所述第二芯片外延结构层包括第二P型半导体层和第二N型半导体层；
所述第一芯片外延结构层上设置有P型电流扩散层，所述P型电流扩散层上设置有一小面积第一P型电极，所述第一N型半导体层上设置有一第一N型电极；
所述第二芯片外延结构层的第二P型半导体层上设置有一大面积第二P型电极，所述第二N型半导体层上设置有一第二N型电极。
2.根据权利要求1所述的双面发光LED芯片，其特征在于，所述透明衬底由蓝宝石、氮化镓、氮化铝中的一种或者多种合成。
3.根据权利要求1所述的双面发光LED芯片，其特征在于，所述透明衬底的厚度为100～650微米。
4.根据权利要求1所述的双面发光LED芯片，其特征在于，所述P型电流扩散层由铟锡氧化物、氟锡氧化物、钡锡氧化物或石墨烯中的一种或者多种合成。
5.一种双面发光LED芯片的封装结构，其特征在于，包括权利要求1-3任一项所述的双面发光LED芯片和封装基板，所述封装基板包括电路层，所述电路层设置有第二正电极、第二负电极、第一正电极和第一负电极，所述第一正电极和第一负电极分别设置在第二正电极和第二负电极的两侧，所述第二P型电极焊接于第二正电极，所述第二N型电极焊接于第二负电极，所述第一P型电极和第一N型电极分别通过金属引线连接第一正电极和第一负电极，所述双面发光LED芯片的外围通过硅胶或者环氧树脂包裹封装于封装基板。
6.根据权利要求5所述的双面发光LED芯片的封装结构，其特征在于，所述封装基板的电路层下方设置有绝缘层和散热基板。
7.一种双面发光LED芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）对透明衬底的两个表面进行抛光或图形化处理；
（2）在透明衬底的第一表面依次外延生长第一N型半导体层和第一P型半导体层，在第二表面依次外延生长第二N型半导体层和第二P型半导体层；
（3）在第一P型半导体层表面刻蚀至第一N型半导体层表面的第一N型电极窗口区，在第二P型半导体层表面刻蚀至第二N型半导体层表面的第二N型电极窗口区；
（4）用透明导电材料在第一P型半导体层沉积P型电流扩散层；
（5）在P型电流扩散层上制备一小面积第一P型电极，在第一N型电极窗口区制备第一N型电极，在第二P型半导体层表面制备一大面积第二P型电极，在第二N型电极窗口区制备第二N型电极。
8.根据权利要求7所述的双面发光LED芯片的制作方法，其特征在于，所述透明衬底由蓝宝石、氮化镓、氮化铝中的一种或者多种合成。
9.根据权利要求7所述的双面发光LED芯片的制作方法，其特征在于，所述P型电流扩散层由铟锡氧化物、氟锡氧化物、钡锡氧化物或石墨烯中的一种或者多种合成。
10.根据权利要求7所述的双面发光LED芯片的制作方法，其特征在于，还包括，将双面发光LED芯片封装在封装基板上，所述封装基板包括电路层，所述电路层设置有第二正电极、第二负电极、第一正电极和第一负电极，所述第一P型电极和第一N型电极分别设置在第二正电极和第二负电极的两侧；
将第二P型电极焊接于第二正电极，将第二N型电极焊接于第二负电极，第一正电极和第一负电极分别通过金属引线连接第一正电极和第一负电极；
双面发光LED芯片的外围通过硅胶或者环氧树脂包裹封装于封装基板。
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