CN107731968A - 一种led芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种LED芯片及其制备方法，其中，所述LED芯片的制备方法在形成覆盖外延结构、第一切割电极、第二切割电极、P电极和N电极的第一封装结构后，将承载外延结构的衬底去除，并在外延结构背离N电极一侧形成覆盖所述外延结构背离所述第一封装结构一侧表面的第二封装结构，避免了衬底对LED芯片发光的吸收，可以实现360°的发光角度，实现了增加LED芯片发光角度的目的；并且，所述LED芯片的制备方法制备的LED芯片由于没有衬底对于光线的遮挡和吸收，因此无需制备结构较为复杂的分布式布拉格反射镜等反射结构提高光线的利用率，从而降低了LED芯片的制备工艺的复杂度。
Description
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，更具体地说，涉及一种LED芯片及其制备方法。
背景技术
LED(发光二极管，Light Emitting Diode)芯片，也称为LED发光芯片，是LED灯的核心组件。
现有技术中的LED芯片的结构如图1所示，由衬底10、位于衬底10表面的外延结构20、位于外延结构20表面的第一电极30、位于衬底10背离外延结构20一侧表面的第二电极40和反射结构70，位于反射结构70表面的引出电极50，所述引出电极50通过键合引线60与所述第一电极30电连接；所述外延结构20包括位于衬底10表面依次排列的N型氮化镓层21、量子阱层22和P型氮化镓层23。这种结构的LED芯片的受限于衬底遮光等原因，使得其发光角度一般在120°左右，无法满足更大发光角度的需求；并且为了增加出光效果，需要制备结构较为复杂的分布式布拉格反射镜(Distributed Bragg Reflection，DBR)等反射结构，使得整个LED芯片的制备工艺较为复杂。
因此，亟需一种发光角度更大且制备工艺简单的LED芯片。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种LED芯片及其制备方法，以实现增加LED芯片的发光角度，并且降低LED芯片的制备工艺复杂度的目的。
为实现上述技术目的，本发明实施例提供了如下技术方案：
一种LED芯片的制备方法，包括：
提供衬底，所述衬底表面具有外延结构，所述外延结构至少包括N型导电层、量子阱层和P型导电层；
对所述外延结构及衬底进行刻蚀，以在所述衬底表面、外延结构两侧分别形成一道切割痕迹，并使部分所述N型导电层暴露出来；
蒸镀电极，以在所述N型导电层表面形成N电极，在所述P型导电层表面形成P电极，在所述衬底表面形成第一切割电极和第二切割电极，所述第一切割电极和第二切割电极分别位于所述外延结构两侧，且完全覆盖所述切割痕迹；
设置第一引线和第二引线，以将所述N电极和P电极分别与所述第一切割电极和第二切割电极电连接；
形成覆盖所述外延结构、第一切割电极、第二切割电极、P电极和N电极的第一封装结构；
去除所述衬底，并在所述外延结构背离所述N电极一侧形成覆盖所述外延结构背离所述第一封装结构一侧表面的第二封装结构；
利用所述切割痕迹对所述第一切割电极和第二切割电极进行切割，以获得LED芯片。
可选的，所述形成覆盖所述外延结构、第一切割电极、第二切割电极、P电极和N电极的第一封装结构包括：
利用整面灌胶工艺覆盖所述外延结构、第一切割电极、第二切割电极、P电极和N电极形成由预设材料形成的第一封装结构。
可选的，所述在所述外延结构背离所述N电极一侧形成覆盖所述外延结构背离所述第一封装结构一侧表面的第二封装结构包括：
利用点胶工艺覆盖所述外延结构背离所述第一封装结构一侧表面形成由预设材料形成的第二封装结构。
可选的，所述预设材料为环氧树脂或硅-玻璃键合结构材料。
可选的，所述设置第一引线和第二引线，以将所述N电极和P电极分别与所述第一切割电极和第二切割电极电连接包括：
设置第一键合引线连接所述N电极和第一切割电极，以使所述N电极与所述第一切割电极电连接；
设置第二键合引线连接所述P电极和第二切割电极，以使所述P电极与所述第二切割电极电连接。
可选的，所述N型导电层为N型氮化镓层；
所述P型导电层为P型氮化镓层。
一种LED芯片，由上述任一项所述的LED芯片的制备方法制备，所述LED芯片包括：
第一封装结构和第二封装结构，所述第一封装结构内部具有外延结构、P型电极、N型电极、第一引线、第二引线、第一切割电极和第二切割电极，其中；
所述外延结构位于所述第二封装结构表面，且至少包括N型导电层、量子阱层和P型导电层，所述P型导电层和量子阱层部分覆盖所述N型导电层；
所述N电极位于所述N型导电层表面，所述P电极位于所述P型导电层表面；
所述第一切割电极和第二切割电极分别位于所述外延结构两侧；
所述第一引线和第二引线用于实现所述第一切割电极、第二切割电极分别与P电极和N电极的电连接。
可选的，所述第一引线为第一键合引线，用于连接所述N电极和第一切割电极，以使所述N电极与所述第一切割电极电连接；
所述第二引线为第二键合引线，用于连接所述P电极和第二切割电极，以使所述P电极与所述第二切割电极电连接。
可选的，所述N型导电层为N型氮化镓层；
所述P型导电层为P型氮化镓层。
可选的，所述第一封装结构和第二封装结构的形成材料为环氧树脂或硅-玻璃键合结构材料。
从上述技术方案可以看出，本发明实施例提供了一种LED芯片及其制备方法，其中，所述LED芯片的制备方法在形成覆盖外延结构、第一切割电极、第二切割电极、P电极和N电极的第一封装结构后，将承载外延结构的衬底去除，并在外延结构背离N电极一侧形成覆盖所述外延结构背离所述第一封装结构一侧表面的第二封装结构，避免了衬底对LED芯片发光的吸收，可以实现360°的发光角度，实现了增加LED芯片发光角度的目的；
并且，所述LED芯片的制备方法制备的LED芯片由于没有衬底对于光线的遮挡和吸收，因此无需制备结构较为复杂的分布式布拉格反射镜等反射结构提高光线的利用率，从而降低了LED芯片的制备工艺的复杂度；
进一步的，由于所述LED芯片的制备方法制备的LED芯片去除了较厚的衬底结构，从而减小了LED芯片的整体体积。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的LED芯片的剖面结构示意图；
图2为本申请的一个实施例提供的一种LED芯片的制备方法的流程示意图；
图3-图10为本申请的一个实施例提供的LED芯片的制备流程示意图；
图11为本申请的另一个实施例提供的一种LED芯片的制备方法的流程示意图；
图12为本申请的又一个实施例提供的一种LED芯片的制备方法的流程示意图；
图13为本申请的一个优选实施例提供的一种LED芯片的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供了一种LED芯片的制备方法，如图2所示，包括：
S101：提供衬底，所述衬底表面具有外延结构，所述外延结构至少包括N型导电层、量子阱层和P型导电层；
参考图3，图3为衬底及其表面外延结构的剖面结构示意图；所述外延结构至少包括依次形成于所述衬底表面的N型导电层、多量子阱层(也称为有源层)和P型导电层；在本申请的其他实施例中，所述外延结构还可以包括除上述基本结构外的优化结构，例如起到电流扩展作用的透明导电层和起到改善界面接触的缓冲层等；本申请对所述外延结构的具体构成并不做限定，具体视实际情况而定。
所述N型导电层、多量子阱层和P型导电层的形成工艺包括但不限于物理气相沉积(PhysicalVapor Deposition，PVD)、化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)、外延生长(Epitaxy Growth Technology)和原子束沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)。其中，物理气相沉积包括但不限于热蒸镀和磁控溅射。本申请对此并不做限定，具体视实际情况而定。所述衬底可以为蓝宝石或其他透光材料衬底。在图3中，标号100表示衬底，200表示外延结构，201表示N型导电层，202表示多量子阱层，203表示P型导电层。
可选的，所述N型导电层为N型氮化镓层；
所述P型导电层为P型氮化镓层。
S102：对所述外延结构及衬底进行刻蚀，以在所述衬底表面、外延结构两侧分别形成一道切割痕迹，并使部分所述N型导电层暴露出来；
参考图4和图5，图4为经过步骤S102后的衬底及其表面结构的剖面结构示意图，图5为经过步骤S102后的衬底及其表面结构的俯视结构示意图，在图5中，标号TH表示所述切割痕迹；
在步骤S102中，对所述外延结构及衬底进行刻蚀的工艺优选为干法刻蚀工艺，更优选地，对所述外延结构及衬底进行刻蚀的工艺优选为感应耦合等离子体(InductivelyCoupled Plasma，ICP)刻蚀工艺，由于干法刻蚀工艺以及ICP刻蚀工艺的具体工艺流程已为本领域技术人员所熟知，本申请在此不做赘述。
S103：蒸镀电极，以在所述N型导电层表面形成N电极，在所述P型导电层表面形成P电极，在所述衬底表面形成第一切割电极和第二切割电极，所述第一切割电极和第二切割电极分别位于所述外延结构两侧，且完全覆盖所述切割痕迹；
参考图6，图6为经过步骤S103后的衬底及其表面结构的剖面结构示意图，在图6中，标号205表示所述P电极，206表示N电极，207表示第一切割电极或第二切割电极；
需要说明的是，一般情况下，在制备LED芯片时，通常在一个衬底上会同时进行多个LED芯片的制备，也就是说在一个衬底上会同时存在多个外延结构，相邻外延结构之间的衬底上设置有切割痕迹和切割电极，相邻外延结构共用一个切割电极，在后续的切割流程中，实现一个切割电极被切割为两份从而分别被两个LED芯片使用的目的，从而可以简化LED芯片的制备工艺。
S104：设置第一引线和第二引线，以将所述N电极和P电极分别与所述第一切割电极和第二切割电极电连接；
参考图7，图7为经过步骤S104后的衬底及其表面结构的剖面结构示意图，图7中标号208表示第一引线或第二引线；
同样的，在一个衬底上同时制备的多个LED芯片会暂时的共用位于相邻外延结构之间的切割电极，也就是说，相邻外延结构上的N电极和P电极会通过引线连接到同一切割电极上，在进行切割流程后，实现切割电极的一分为二。
S105：形成覆盖所述外延结构、第一切割电极、第二切割电极、P电极和N电极的第一封装结构；
参考图8，图8为经过步骤S105后的衬底及其表面结构的剖面结构示意图，图8中标号209表示第一封装结构；
S106：去除所述衬底，并在所述外延结构背离所述N电极一侧形成覆盖所述外延结构背离所述第一封装结构一侧表面的第二封装结构；
参考图9，图9为经过步骤S106后的衬底及其表面结构的剖面结构示意图，图9中标号210表示第二封装结构；
S107：利用所述切割痕迹对所述第一切割电极和第二切割电极进行切割，以获得LED芯片。
参考图10，图10为经过步骤S107后的衬底及其表面结构的剖面结构示意图。
需要说明的是，所述LED芯片的制备方法在形成覆盖外延结构、第一切割电极、第二切割电极、P电极和N电极的第一封装结构后，将承载外延结构的衬底去除，并在外延结构背离N电极一侧形成覆盖所述外延结构背离所述第一封装结构一侧表面的第二封装结构，避免了衬底对LED芯片发光的吸收，可以实现360°的发光角度，实现了增加LED芯片发光角度的目的；
并且，所述LED芯片的制备方法制备的LED芯片由于没有衬底对于光线的遮挡和吸收，因此无需制备结构较为复杂的分布式布拉格反射镜等反射结构提高光线的利用率，从而降低了LED芯片的制备工艺的复杂度；
进一步的，由于所述LED芯片的制备方法制备的LED芯片去除了较厚的衬底结构，从而减小了LED芯片的整体体积。
在上述实施例的基础上，在本申请的另一个实施例中，如图11所示，所述形成覆盖所述外延结构、第一切割电极、第二切割电极、P电极和N电极的第一封装结构包括：
S1051：利用整面灌胶工艺覆盖所述外延结构、第一切割电极、第二切割电极、P电极和N电极形成由预设材料形成的第一封装结构。
相应的，参考图12，所述在所述外延结构背离所述N电极一侧形成覆盖所述外延结构背离所述第一封装结构一侧表面的第二封装结构包括：
S1061：去除所述衬底，并利用点胶工艺覆盖所述外延结构背离所述第一封装结构一侧表面形成由预设材料形成的第二封装结构。
可选的，所述预设材料为环氧树脂或硅-玻璃键合结构(Silicon OnGlass，SOG)材料。
本申请对形成第一封装结构和第二封装结构的具体材料种类并不做限定，具体视实际情况而定。
在上述实施例的基础上，在本申请的又一个实施例中，如图13所示，所述设置第一引线和第二引线，以将所述N电极和P电极分别与所述第一切割电极和第二切割电极电连接包括：
S1041：设置第一键合引线连接所述N电极和第一切割电极，以使所述N电极与所述第一切割电极电连接；
S1042：设置第二键合引线连接所述P电极和第二切割电极，以使所述P电极与所述第二切割电极电连接。
需要说明的是，在本申请的其他实施例中，所述第一引线除了可以是键合引线外，还可以是导线等导体结构；
同样的，所述第二引线除了可以是键合引线外，还可以是导线等导体结构，本申请对所述第一引线和第二引线的具体形式并不做限定，具体视实际情况而定。
相应的，本申请实施例还提供了一种LED芯片，如图10所示，由上述任一实施例所述的LED芯片的制备方法制备，所述LED芯片包括：
第一封装结构209和第二封装结构210，所述第一封装结构209内部具有外延结构、P型电极205、N型电极206、第一引线208、第二引线208、第一切割电极和第二切割电极，其中；
所述外延结构位于所述第二封装结构210表面，且至少包括N型导电层202、量子阱层203和P型导电层204，所述P型导电层204和量子阱层203部分覆盖所述N型导电层202；
所述N电极位于所述N型导电层202表面，所述P电极位于所述P型导电层204表面；
所述第一切割电极和第二切割电极分别位于所述外延结构两侧；
所述第一引线208和第二引线208用于实现所述第一切割电极、第二切割电极分别与P电极和N电极的电连接。
所述LED芯片采用由第一封装结构209和第二封装结构210形成的一体化设计，从而使得LED芯片可以在第一封装结构209和第二封装结构210的帮助下将传统的LED芯片的衬底去掉，避免了衬底对LED芯片发光的吸收，可以实现360°的发光角度，实现了增加LED芯片发光角度的目的；
并且，所述LED芯片由于没有衬底对于光线的遮挡和吸收，因此无需制备结构较为复杂的分布式布拉格反射镜等反射结构提高光线的利用率，从而降低了LED芯片的制备工艺的复杂度；
进一步的，由于所述LED芯片去除了较厚的衬底结构，从而减小了LED芯片的整体体积。
所述外延结构至少包括依次形成于所述衬底表面的N型导电层202、多量子阱层203(也称为有源层)和P型导电层204；在本申请的其他实施例中，所述外延结构还可以包括除上述基本结构外的优化结构，例如起到电流扩展作用的透明导电层和起到改善界面接触的缓冲层等；本申请对所述外延结构的具体构成并不做限定，具体视实际情况而定。
所述N型导电层202、多量子阱层203和P型导电层204的形成工艺包括但不限于物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)、化学气相沉积(Chemical VaporDeposition，CVD)、外延生长(Epitaxy Growth Technology)和原子束沉积(Atomic LayerDeposition，ALD)。其中，物理气相沉积包括但不限于热蒸镀和磁控溅射。本申请对此并不做限定，具体视实际情况而定。所述衬底可以为蓝宝石或其他透光材料衬底。
可选的，所述N型导电层202为N型氮化镓层；
所述P型导电层204为P型氮化镓层。
在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述第一引线208为第一键合引线，用于连接所述N电极和第一切割电极，以使所述N电极与所述第一切割电极电连接；
所述第二引线208为第二键合引线，用于连接所述P电极和第二切割电极，以使所述P电极与所述第二切割电极电连接。
在本申请的其他实施例中，所述第一引线208除了可以是键合引线外，还可以是导线等导体结构；
同样的，所述第二引线208除了可以是键合引线外，还可以是导线等导体结构，本申请对所述第一引线208和第二引线208的具体形式并不做限定，具体视实际情况而定。
在上述实施例的基础上，在本申请的另一个实施例中，所述第一封装结构209和第二封装结构210的形成材料为环氧树脂或硅-玻璃键合结构(Silicon On Glass，SOG)材料。
本申请对形成第一封装结构209和第二封装结构210的具体材料种类并不做限定，具体视实际情况而定。
综上所述，本申请实施例提供了一种LED芯片及其制备方法，其中，所述LED芯片的制备方法在形成覆盖外延结构、第一切割电极、第二切割电极、P电极和N电极的第一封装结构后，将承载外延结构的衬底去除，并在外延结构背离N电极一侧形成覆盖所述外延结构背离所述第一封装结构一侧表面的第二封装结构，避免了衬底对LED芯片发光的吸收，可以实现360°的发光角度，实现了增加LED芯片发光角度的目的；
并且，所述LED芯片的制备方法制备的LED芯片由于没有衬底对于光线的遮挡和吸收，因此无需制备结构较为复杂的分布式布拉格反射镜等反射结构提高光线的利用率，从而降低了LED芯片的制备工艺的复杂度；
进一步的，由于所述LED芯片的制备方法制备的LED芯片去除了较厚的衬底结构，从而减小了LED芯片的整体体积。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同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这些实施例，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的范围。
Claims (10)
1.一种LED芯片的制备方法，其特征在于，包括：
提供衬底，所述衬底表面具有外延结构，所述外延结构至少包括N型导电层、量子阱层和P型导电层；
对所述外延结构及衬底进行刻蚀，以在所述衬底表面、外延结构两侧分别形成一道切割痕迹，并使部分所述N型导电层暴露出来；
蒸镀电极，以在所述N型导电层表面形成N电极，在所述P型导电层表面形成P电极，在所述衬底表面形成第一切割电极和第二切割电极，所述第一切割电极和第二切割电极分别位于所述外延结构两侧，且完全覆盖所述切割痕迹；
设置第一引线和第二引线，以将所述N电极和P电极分别与所述第一切割电极和第二切割电极电连接；
形成覆盖所述外延结构、第一切割电极、第二切割电极、P电极和N电极的第一封装结构；
去除所述衬底，并在所述外延结构背离所述N电极一侧形成覆盖所述外延结构背离所述第一封装结构一侧表面的第二封装结构；
利用所述切割痕迹对所述第一切割电极和第二切割电极进行切割，以获得LED芯片。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成覆盖所述外延结构、第一切割电极、第二切割电极、P电极和N电极的第一封装结构包括：
利用整面灌胶工艺覆盖所述外延结构、第一切割电极、第二切割电极、P电极和N电极形成由预设材料形成的第一封装结构。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述外延结构背离所述N电极一侧形成覆盖所述外延结构背离所述第一封装结构一侧表面的第二封装结构包括：
利用点胶工艺覆盖所述外延结构背离所述第一封装结构一侧表面形成由预设材料形成的第二封装结构。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述预设材料为环氧树脂或硅-玻璃键合结构材料。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设置第一引线和第二引线，以将所述N电极和P电极分别与所述第一切割电极和第二切割电极电连接包括：
设置第一键合引线连接所述N电极和第一切割电极，以使所述N电极与所述第一切割电极电连接；
设置第二键合引线连接所述P电极和第二切割电极，以使所述P电极与所述第二切割电极电连接。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述N型导电层为N型氮化镓层；
所述P型导电层为P型氮化镓层。
7.一种LED芯片，其特征在于，由权利要求1-6任一项所述的LED芯片的制备方法制备，所述LED芯片包括：
第一封装结构和第二封装结构，所述第一封装结构内部具有外延结构、P型电极、N型电极、第一引线、第二引线、第一切割电极和第二切割电极，其中；
所述外延结构位于所述第二封装结构表面，且至少包括N型导电层、量子阱层和P型导电层，所述P型导电层和量子阱层部分覆盖所述N型导电层；
所述N电极位于所述N型导电层表面，所述P电极位于所述P型导电层表面；
所述第一切割电极和第二切割电极分别位于所述外延结构两侧；
所述第一引线和第二引线用于实现所述第一切割电极、第二切割电极分别与P电极和N电极的电连接。
8.根据权利要求7所述的LED芯片，其特征在于，所述第一引线为第一键合引线，用于连接所述N电极和第一切割电极，以使所述N电极与所述第一切割电极电连接；
所述第二引线为第二键合引线，用于连接所述P电极和第二切割电极，以使所述P电极与所述第二切割电极电连接。
9.根据权利要求7所述的LED芯片，其特征在于，所述N型导电层为N型氮化镓层；
所述P型导电层为P型氮化镓层。
10.根据权利要求7所述的LED芯片，其特征在于，所述第一封装结构和第二封装结构的形成材料为环氧树脂或硅-玻璃键合结构材料。
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