CN107731973B - 一种led芯片及制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LED芯片及制作方法，该制作方法包括：提供一衬底，衬底为双折射衬底，其中，第一方向平行于衬底的晶圆定位边，第二方向垂直于衬底的晶圆定位边，且第一方向的折射率大于第二方向的折射率；在衬底上形成外延层结构；将形成完外延层结构的衬底转移至有机质支撑膜上；采用切割的方式，形成单个LED芯片，且LED芯片的长边平行于第一方向；采用封装碗杯对LED芯片进行封装，且在封装碗杯与LED芯片之间填充环氧树脂，其中，第一方向的折射率大于第二方向的折射率大于环氧树脂的折射率，该LED芯片结构降低了光从芯片出射至外部的全反射，提高了LED芯片的外量子效率，解决了现有技术中存在的问题。

Description

一种LED芯片及制作方法
技术领域
本发明涉及光电子技术领域，更具体地说，尤其涉及一种LED芯片及制作方法。
背景技术
随着科学技术的不断发展，发光二极管已广泛应用于人们的日常生活、工作以及工业中，为人们的生活带来了极大的便利。
发光二极管(Light Emitting Diode，LED)具有效率高、能耗低、寿命长、无污染、体积小、色彩丰富等诸多优点，为一种重要的固态照明装置。随着半导体材料的不断完善，半导体装置的效率也相应随之改善，新型的LED发光二极管例如InAlGaN允许从紫外光到黄色光谱中的有效照明。相比较常规的照明方式，LED发光二极管转换电能到光能的效率高，可靠性高，目前已被广泛应用在照明、显示和背光等领域中。
但是，目前的LED发光二极管存在外量子效率较低的问题，因此，如何提高LED发光二极管芯片的外量子效率已经成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种LED芯片及制作方法，提高了LED芯片的外量子效率，解决了现有技术中存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种LED芯片的制作方法，所述制作方法包括：
提供一衬底，所述衬底为双折射衬底，其中，第一方向平行于所述衬底的晶圆定位边，第二方向垂直于所述衬底的晶圆定位边，且所述第一方向的折射率大于所述第二方向的折射率；
在所述衬底上形成外延层结构；
将形成完所述外延层结构的衬底转移至有机质支撑膜上；
采用切割的方式，形成单个LED芯片，且所述LED芯片的长边平行于所述第一方向；
采用封装碗杯对所述LED芯片进行封装，且在所述封装碗杯与所述LED芯片之间填充环氧树脂，其中，所述第一方向的折射率大于所述第二方向的折射率大于环氧树脂的折射率。
优选的，在上述制作方法中，所述衬底为蓝宝石衬底或方解石衬底或单晶钒酸钇衬底或氧化钛衬底或碳酸钙衬底或铌酸锂衬底。
优选的，在上述制作方法中，所述有机质支撑膜为聚酰亚胺有机质支撑膜或聚乙烯有机质支撑膜或聚丙烯有机质支撑膜。
优选的，在上述制作方法中，所述在所述衬底上形成外延层结构包括：
在第三方向上，在所述衬底的表面依次生长第一型半导体层、量子阱发光层以及第二型半导体层；其中，所述第三方向垂直于所述衬底，且由所述衬底指向所述外延层结构；
刻蚀去除部分第二型半导体层以及部分量子阱发光层，直至暴露出所述第一型半导体层，形成第一电极凹槽；
在未刻蚀的第二型半导体层上生长透明导电层；
刻蚀去除部分所述透明导电层，直至暴露出所述第二型半导体层，形成第二电极凹槽；
蒸镀第一电极结构以及第二电极结构，其中，所述第一电极结构通过所述第一电极凹槽与所述第一型半导体层欧姆接触，所述第二电极结构通过所述第二电极凹槽与所述第二型半导体层欧姆接触；
在所述外延层结构背离所述衬底的表面上形成钝化层；
在所述第一电极结构以及第二电极结构相对应的上方，通过刻蚀所述钝化层形成预设大小的电极窗口；
对所述衬底进行减薄处理。
优选的，在上述制作方法中，所述第一型半导体层为N型半导体层，所述第二型半导体层为P型半导体层。
优选的，在上述制作方法中，所述透明导电层为ITO透明导电层或IZO透明导电层。
优选的，在上述制作方法中，所述第一电极结构和所述第二电极结构的材料相同。
优选的，在上述制作方法中，所述钝化层为SiO2钝化层或Si3N4钝化层或Al2O3钝化层。
本发明还提供了一种LED芯片，用上述任一项所述的制作方法形成，所述LED芯片包括：
衬底，所述衬底为双折射衬底，其中，第一方向平行于所述衬底的晶圆定位边，第二方向垂直于所述衬底的晶圆定位边，且所述第一方向的折射率大于所述第二方向的折射率；
设置在所述衬底上的外延层结构；
设置在所述衬底背离所述外延层结构一侧的有机质支撑膜；
对所述LED进行封装的封装碗杯，及填充在所述封装碗杯与所述LED芯片之间的环氧树脂，其中，所述第一方向的折射率大于所述第二方向的折射率大于环氧树脂的折射率。
优选的，在上述LED芯片中，所述外延层结构包括：
在第三方向上，依次设置在所述衬底的表面的第一型半导体层、量子阱发光层以及第二型半导体层；其中，所述第三方向垂直于所述衬底，且由所述衬底指向所述外延层结构；
设置在所述外延层结构上的第一电极凹槽；
设置在所述第二型半导体层上的透明导电层，所述透明导电层设置有第二电极凹槽；
通过所述第一电极凹槽与所述第一型半导体层欧姆接触的第一电极结构，以及通过所述第二电极凹槽与所述第二型半导体层欧姆接触的第二电极结构；
设置在所述外延层结构背离所述衬底一侧的钝化层；
设置在所述钝化层上的电极窗口，所述电极窗口与所述第一电极结构以及所述第二电极结构相对应设置。
通过上述描述可知，本发明提供的一种LED芯片及制作方法，通过采用具有双折射现象的衬底，使其第一方向平行于衬底的晶圆定位边，第二方向垂直于衬底的晶圆定位边，并且使形成的LED芯片的长边平行于该第一方向，最终保证第一方向的折射率大于第二方向的折射率大于环氧树脂的折射率。
根据Snell′s法则，由一具有高折射率的区域传到一在某个临界角之内(相对于表面的正常方向)具有低折射系数的区域的光将会穿到该较低系数的区域，达到临界角之外的光将不会穿过，将经历全反射。
在本发明中，与第一方向垂直的面与环氧树脂之间的全反射角为arcsin(环氧树脂的折射率/第一方向的折射率)，与第二方向垂直的面与环氧树脂之间的全反射角为arcsin(环氧树脂的折射率/第二方向的折射率)，由此可知，与第一方向垂直的面与环氧树脂之间的全反射角小于与第二方向垂直的面与环氧树脂之间的全反射角，也就是说与第二方向垂直的面有更多的光会从芯片表面射出。
那么使形成的LED芯片的长边平行于该第一方向，也就是说，LED芯片有更多的面与第二方向垂直，降低了光从芯片出射至外部的全反射，有更多的光会从芯片表面射出，则提高了LED芯片的外量子效率。
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为本发明实施例提供的一种LED芯片的制作方法的流程示意图；
图2a-图2j为图1所示的制作方法对应的结构示意图。
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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考图1，图1为本发明实施例提供的一种LED芯片的制作方法的流程示意图，所示制作方法包括：
S101：提供一衬底，所述衬底为双折射衬底，其中，第一方向平行于所述衬底的晶圆定位边，第二方向垂直于所述衬底的晶圆定位边，且所述第一方向的折射率大于所述第二方向的折射率。
具体的，所述衬底包括但不限定于蓝宝石衬底、方解石衬底、单晶钒酸钇衬底、氧化钛衬底、碳酸钙衬底以及铌酸锂衬底。
S102：在所述衬底上形成外延层结构。
具体的，在第三方向上，在衬底的表面依次生长第一型半导体层、量子阱发光层以及第二型半导体层；其中，第三方向垂直于衬底，且由衬底指向所述外延层结构，可选的，所述第一型半导体层为N型半导体层，所述第二型半导体层为P型半导体层。
采用光刻、刻蚀及去胶等工艺手段去除部分第二型半导体层以及部分量子阱发光层，直至暴露出所述第一型半导体层，形成第一电极凹槽，用于电极与第一型半导体层接触连接。
采用沉积、光刻、刻蚀及去胶等工艺手段在未刻蚀的第二型半导体层上生长透明导电层，该透明导电层具有良好的导电性及透射率，与第二型半导体层之间形成良好的欧姆接触性能，可选的，透明导电层包括但不限定于ITO透明导电层或IZO透明导电层。
采用光刻、刻蚀及去胶等工艺手段去除部分所述透明导电层，直至暴露出所述第二型半导体层，形成第二电极凹槽，用于电极与第二型半导体层接触连接。
采用光刻、沉积、剥离及去胶等工艺手段，蒸镀第一电极结构以及第二电极结构，其中，所述第一电极结构通过所述第一电极凹槽与所述第一型半导体层欧姆接触，所述第二电极结构通过所述第二电极凹槽与所述第二型半导体层欧姆接触，可选的，所述第一电极结构与所述第二电极结构的材料相同，例如其电极材料包括但不限定于Au、Pt、Cr、Ti、Ni、Al及Ag等材料或其合金材料。
采用沉积、光刻、刻蚀及去胶等工艺手段，在所述外延层结构背离所述衬底的表面上形成钝化层，用于保护透明导电层，该钝化层具有良好的绝缘鞋及透光率，可选的，该钝化层包括但不限定于SiO2钝化层或Si3N4钝化层或Al2O3钝化层。
在所述第一电极结构以及第二电极结构相对应的上方，通过刻蚀所述钝化层形成预设大小的电极窗口。
采用研磨及抛光等工艺手段对所述衬底进行适应性的减薄处理。
需要说明的是，在本发明实施例中，对其外延层结构不进行限定，仅仅以举例的形式进行说明。
S103：将形成完所述外延层结构的衬底转移至有机质支撑膜上。
具体的，所述有机质支撑膜包括但不限定于聚酰亚胺有机质支撑膜或聚乙烯有机质支撑膜或聚丙烯有机质支撑膜。
S104：采用切割的方式，形成单个LED芯片，且所述LED芯片的长边平行于所述第一方向。
具体的，保证形成的单个LED芯片的长边平行于第一方向，即垂直于第二方向，提高LED芯片的外量子效率。
S105：采用封装碗杯对所述LED芯片进行封装，且在所述封装碗杯与所述LED芯片之间填充环氧树脂，其中，所述第一方向的折射率大于所述第二方向的折射率大于环氧树脂的折射率。
根据Snell′s法则，由一具有高折射率的区域传到一在某个临界角之内(相对于表面的正常方向)具有低折射系数的区域的光将会穿到该较低系数的区域，达到临界角之外的光将不会穿过，将经历全反射。
在本发明实施例中，保证第一方向的折射率大于第二方向的折射率大于环氧树脂的折射率。那么与第一方向垂直的面与环氧树脂之间的全反射角为arcsin(环氧树脂的折射率/第一方向的折射率)，与第二方向垂直的面与环氧树脂之间的全反射角为arcsin(环氧树脂的折射率/第二方向的折射率)，由此可知，与第一方向垂直的面与环氧树脂之间的全反射角小于与第二方向垂直的面与环氧树脂之间的全反射角，也就是说与第二方向垂直的面有更多的光会从芯片表面射出。
那么使形成的LED芯片的长边平行于该第一方向，也就是说，LED芯片有更多的面与第二方向垂直，降低了光从芯片出射至外部的全反射，有更多的光会从芯片表面射出，进而提高了LED芯片的外量子效率。
基于本发明上述实施例，在本发明另一实施例中还提供了一种LED芯片，所述LED芯片包括：
衬底1，如图2a所示，所述衬底1为双折射衬底，其中，第一方向平行于所述衬底的晶圆定位边2，第二方向垂直于所述衬底的晶圆定位边2，且所述第一方向的折射率大于所述第二方向的折射率，如图2a中所示，第一方向为X方向，第二方向为Y方向。
设置在所述衬底1上的外延层结构。
其中，如图2b所示，所述外延层结构包括：
在第三方向上，依次设置在所述衬底1的表面的第一型半导体层3、量子阱发光层4以及第二型半导体层5；其中，所述第三方向垂直于所述衬底1，且由所述衬底1指向所述外延层结构。
如图2c所示，设置在所述外延层结构上的第一电极凹槽6。
如图2d所示，设置在所述第二型半导体层5上的透明导电层7，所述透明导电层7设置有第二电极凹槽8。
如图2e所示，通过所述第一电极凹槽6与所述第一型半导体层3欧姆接触的第一电极结构9，以及通过所述第二电极凹槽8与所述第二型半导体层5欧姆接触的第二电极结构10。
如图2f所示，设置在所述外延层结构背离所述衬底1一侧的钝化层11。
如图2f所示，设置在所述钝化层11上的电极窗口12，所述电极窗口12与所述第一电极结构9以及所述第二电极结构10相对应设置。
如图2g所示，对其衬底1进行适应性的减薄处理，将图中虚线部分以下的衬底去除。
如图2h所示，设置在所述衬底1背离所述外延层结构一侧的有机质支撑膜13。
如图2i所示，采用切割的方式，形成单个LED芯片14，且所述LED芯片的长边平行于所述第一方向。
如图2j所示，对所述LED进行封装的封装碗杯15，及填充在所述封装碗杯15与所述LED芯片之间的环氧树脂16，其中，所述第一方向的折射率大于所述第二方向的折射率大于环氧树脂的折射率。
该LED芯片采用具有双折射现象的衬底，使其第一方向平行于衬底的晶圆定位边，第二方向垂直于衬底的晶圆定位边，并且使形成的LED芯片的长边平行于该第一方向，最终保证第一方向的折射率大于第二方向的折射率大于环氧树脂的折射率。
根据Snell′s法则，由一具有高折射率的区域传到一在某个临界角之内(相对于表面的正常方向)具有低折射系数的区域的光将会穿到该较低系数的区域，达到临界角之外的光将不会穿过，将经历全反射。
在本发明中，与第一方向垂直的面与环氧树脂之间的全反射角为arcsin(环氧树脂的折射率/第一方向的折射率)，与第二方向垂直的面与环氧树脂之间的全反射角为arcsin(环氧树脂的折射率/第二方向的折射率)，由此可知，与第一方向垂直的面与环氧树脂之间的全反射角小于与第二方向垂直的面与环氧树脂之间的全反射角，也就是说与第二方向垂直的面有更多的光会从芯片表面射出。
那么使形成的LED芯片的长边平行于该第一方向，也就是说，LED芯片有更多的面与第二方向垂直，降低了光从芯片出射至外部的全反射，有更多的光会从芯片表面射出，则提高了LED芯片的外量子效率。
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芯片的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
提供一衬底，所述衬底为双折射衬底，其中，第一方向平行于所述衬底的晶圆定位边，第二方向垂直于所述衬底的晶圆定位边，且所述第一方向的折射率大于所述第二方向的折射率；
在所述衬底上形成外延层结构；
将形成完所述外延层结构的衬底转移至有机质支撑膜上；
采用切割的方式，形成单个LED芯片，且所述LED芯片的长边平行于所述第一方向；
采用封装碗杯对所述LED芯片进行封装，且在所述封装碗杯与所述LED芯片之间填充环氧树脂，其中，所述第一方向的折射率大于所述第二方向的折射率大于环氧树脂的折射率。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底或方解石衬底或单晶钒酸钇衬底或氧化钛衬底或碳酸钙衬底或铌酸锂衬底。
3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述有机质支撑膜为聚酰亚胺有机质支撑膜或聚乙烯有机质支撑膜或聚丙烯有机质支撑膜。
4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述在所述衬底上形成外延层结构包括：
在第三方向上，在所述衬底的表面依次生长第一型半导体层、量子阱发光层以及第二型半导体层；其中，所述第三方向垂直于所述衬底，且由所述衬底指向所述外延层结构；
刻蚀去除部分第二型半导体层以及部分量子阱发光层，直至暴露出所述第一型半导体层，形成第一电极凹槽；
在未刻蚀的第二型半导体层上生长透明导电层；
刻蚀去除部分所述透明导电层，直至暴露出所述第二型半导体层，形成第二电极凹槽；
蒸镀第一电极结构以及第二电极结构，其中，所述第一电极结构通过所述第一电极凹槽与所述第一型半导体层欧姆接触，所述第二电极结构通过所述第二电极凹槽与所述第二型半导体层欧姆接触；
在所述外延层结构背离所述衬底的表面上形成钝化层；
在所述第一电极结构以及第二电极结构相对应的上方，通过刻蚀所述钝化层形成预设大小的电极窗口；
对所述衬底进行减薄处理。
5.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述第一型半导体层为N型半导体层，所述第二型半导体层为P型半导体层。
6.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述透明导电层为ITO透明导电层或IZO透明导电层。
7.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述第一电极结构和所述第二电极结构的材料相同。
8.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述钝化层为SiO2钝化层或Si3N4钝化层或Al2O3钝化层。
9.一种LED芯片，其特征在于，用上述权利要求1-8任一项所述的制作方法形成，所述LED芯片包括：
衬底，所述衬底为双折射衬底，其中，第一方向平行于所述衬底的晶圆定位边，第二方向垂直于所述衬底的晶圆定位边，且所述第一方向的折射率大于所述第二方向的折射率；
设置在所述衬底上的外延层结构；
设置在所述衬底背离所述外延层结构一侧的有机质支撑膜；
对所述LED进行封装的封装碗杯，及填充在所述封装碗杯与所述LED芯片之间的环氧树脂，其中，所述第一方向的折射率大于所述第二方向的折射率大于环氧树脂的折射率。
10.根据权利要求9所述的LED芯片，其特征在于，所述外延层结构包括：
在第三方向上，依次设置在所述衬底的表面的第一型半导体层、量子阱发光层以及第二型半导体层；其中，所述第三方向垂直于所述衬底，且由所述衬底指向所述外延层结构；
设置在所述外延层结构上的第一电极凹槽；
设置在所述第二型半导体层上的透明导电层，所述透明导电层设置有第二电极凹槽；
通过所述第一电极凹槽与所述第一型半导体层欧姆接触的第一电极结构，以及通过所述第二电极凹槽与所述第二型半导体层欧姆接触的第二电极结构；
设置在所述外延层结构背离所述衬底一侧的钝化层；
设置在所述钝化层上的电极窗口，所述电极窗口与所述第一电极结构以及所述第二电极结构相对应设置。
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