CN108198933B - 一种led芯片、制备方法及led晶片 - Google Patents

一种led芯片、制备方法及led晶片 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种LED芯片、制备方法及LED晶片，其中，该LED芯片包括：衬底、依次形成于所述衬底上的外延层和第一电极层，以及，形成于所述衬底背面的导热层；所述外延层包括依次形成于所述衬底上的N型层、发光层、P型层，所述第一电极层和所述外延层的一侧被蚀刻暴露出所述N型层，在暴露出的N型层上形成第二电极层；所述第一电极层，用于接入电源正极；所述第二电极层，用于接入电源负极；所述衬底背面设置有多个嵌入所述衬底内的散热槽；所述导热层填充所述散热槽。本申请实施例通过在衬底背面设置导热层，提高了LED芯片的散热性。

Description

一种LED芯片、制备方法及LED晶片
技术领域
本申请涉及光电子器件技术领域，具体而言，涉及一种LED芯片、制备方法及LED晶片。
背景技术
发光二极管(LED)的发光原理是利用电子在n型半导体与p型半导体间移动的能量差，以光的形式释放能量，这样的发光原理有别于白炽灯发热的发光原理，因此发光二极管被称为冷光源。此外，发光二极管具有耐久性高、寿命长、轻巧、耗电量低等优点，因此现今的照明市场对发光二极管给予厚望，将其视为新一代照明工具。
但是，LED芯片在发光的同时也会产生热量，是因为LED芯片所加入的电能并没有全部转化为光能，而是一部分转化成为热能，而LED本身的热容量很小，所以必须以最快的速度把这些热量传导出去，否则就会产生很高的结温，而LED芯片的光衰或其寿命是直接和其结温有关，散热不好结温就高，寿命就短，所以LED芯片的散热问题成为LED芯片研究者所关注的问题之一。
目前，LED芯片在封装后，只能使得衬底与支架进行连通，将衬底上产生的结温通过支架传到出去，散热效果主要依靠支架完成，导致散热效果不佳。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种LED芯片、制备方法及LED晶片，以提高LED芯片的散热性。
本申请实施例提供了一种LED芯片，包括：衬底、依次形成于所述衬底上的外延层和第一电极层，以及，形成于所述衬底背面的导热层；
所述外延层包括依次形成于所述衬底上的N型层、发光层、P型层，所述第一电极层和所述外延层的一侧被蚀刻暴露出所述N型层，在暴露出的N型层上形成第二电极层；
所述第一电极层，用于接入电源正极；所述第二电极层，用于接入电源负极；
所述衬底背面设置有多个嵌入所述衬底内的散热槽；
所述导热层填充所述散热槽。
结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，所述散热槽在所述衬底背面呈不均匀分布，使得所述LED芯片产生的热量在各散热槽处产生温度差。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，多个所述散热槽的宽度由所述衬底的第一设定区域向第二设定区域递增，且所述散热槽的个数由所述第一设定区域向所述第二设定区域递减，以使得所述第一设定区域和所述第二设定区域产生温度差。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，所述第一设定区域为所述衬底的中心区域，所述第二设定区域为所述衬底的四周区域。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，所述衬底为矩形衬底，所述衬底沿对称轴分为四个区域，所述第一设定区域和所述第二设定区域呈中心对称。
结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，导热层材料包括金、银或者铜。
结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，所述第一电极层包括透射电极层和P型电极层，所述透射电极层为透明电极层，所述P型电极层用于接入电源正极。
第二方面，本申请实施例提供了一种LED芯片的制备方法，包括：
在衬底上形成外延层，所述外延层包括依次形成于所述衬底上的N型层、发光层和P型层；
在所述P型层上形成第一电极层，所述第一电极层用于接入电源正极；
蚀刻所述第一电极层和所述外延层的一侧，暴露所述N型层；
在暴露出的所述N型层上上形成第二电极层，所述第二电极层用于接入电源负极；
在所述衬底背面形成多个嵌入所述衬底内的散热槽；
在所述散热槽内填充导热层。
结合第二方面，本申请实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，在所述衬底背面形成多个嵌入所述衬底内的散热槽，包括：
在所述衬底背面形成呈不均匀分布的所述散热槽，使得所述LED芯片产生的热量在各散热槽处产生温度差。
结合第二方面的第一种可能的实施方式，本申请实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，在所述衬底背面形成呈不均匀分布的所述散热槽，包括：
在所述衬底形成宽度由第一设定区域向第二设定区域递增，且个数由所述第一设定区域向所述第二设定区域递减的散热槽，以使得所述第一设定区域和所述第二设定区域产生温度差。
第三方面，本申请实施例提供了一种LED晶片，包括权利要求1至7任一所述的LED芯片。
与现有技术相比，本申请实施例提出的LED芯片包括：衬底、依次形成于所述衬底上的外延层和第一电极层，以及，形成于所述衬底背面的导热层；所述外延层包括依次形成于所述衬底上的N型层、发光层、P型层，所述第一电极层和所述外延层的一侧被蚀刻暴露出所述N型层，在暴露出的N型层上形成第二电极层；所述第一电极层，用于接入电源正极；所述第二电极层，用于接入电源负极；所述衬底背面设置有多个嵌入所述衬底内的散热槽；所述导热层填充所述散热槽，该LED芯片在衬底背面设置有多个嵌入所述衬底内的散热槽，在散热槽内填充导热层，使得LED芯片产生的热量能够通过散热槽内的导热层进行散发，避免的LED芯片产生高的结温而影响寿命。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本申请实施例所提供的一种LED芯片结构示意图；
图2示出了本申请实施例所提供的LED芯片中的详细结构示意图；
图3示出了本申请实施例所提供的第一种衬底的俯视图；
图4示出了本申请实施例所提供的第二种衬底的俯视图；
图5示出了本申请实施例所提供一种LED芯片的制备方法流程图；
图6示出了本申请实施例所提供制备LED芯片中在衬底上形成外延层的结构示意图；
图7示出了本申请实施例所提供制备LED芯片中在外延层上形成透射电极层和P型电极层的结构示意图；
图8示出了本申请实施例所提供制备LED芯片中暴露N型的结构示意图；
图9示出了本申请实施例所提供制备LED芯片中在N暴露的N型层上形成第二电极层的结构示意图；
图10示出了本申请实施例所提供制备LED芯片中在衬底背面形成散热槽的结构示意图；
图11示出了本申请实施例所提供制备LED芯片中在散热槽中填充导热层的结构示意图。
图标：101-衬底；102-外延层；103-第一电极层；104-导热层；105-第二电极层；1031-透射电极层；1032-P型电极层；1021-N型层；1022-发光层；1023-P型层。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例1
本申请实施例1提供了一种LED芯片，如图1所示包括：衬底101、依次形成于衬底101上的外延层102和第一电极层103，以及，形成于衬底101背面的导热层104。
在本申请实施例中，衬底101可以选择蓝宝石、砷化镓等。
外延层102包括依次形成于衬底101上的N型层、发光层、P型层(图中未示出)，第一电极层103和外延层102的一侧被蚀刻暴露出N型层，在暴露出的N型层上形成第二电极层105。
第一电极层103，用于接入电源正极；第二电极层105，用于接入电源负极。
衬底背面设置有多个嵌入衬底内的散热槽，导热层填充散热槽。为了防止芯片断裂，散热槽的深度一般不超过LED芯片的厚度的一半。
其中，导热层材料包括金、银或者铜等导热较好的材料。
其中，如图2所示，第一电极层103包括透射电极层1031和P型电极层1032，透射电极层1031为透明电极层，如ITO(Indium Tin Oxides，氧化铟锡)层，P型电极层1032用于接入电源正极。第二电极层105为N型电极层。
在制备过程中，会在衬底背面对衬底进行切割，在衬底形成多个嵌入衬底内的散热槽，然后在形成散热槽的衬底上喷镀导热层，导热层会填充入各个散热槽内，并且在衬底表面形成一层导热层104。
LED芯片的第一电极层和第二电极层分别连接电源的正极和负极后，电源的电能除了使得LED芯片在发光层产生光能外，还在LED芯片上产生了热能，绝大部分的热能通过衬底散发，在衬底上形成散热槽和导热层后，衬底上的热量会通过散热槽中的导热层进行散发。
较佳地，散热槽在衬底背面呈不均匀分布，填充在散热槽内的导热层在衬底背面的面积也分布不均匀，使得LED芯片产生的热量在各散热槽处产生温度差。
衬底中，在导热层面积大的区域散热较快，导热层面积小的区域散热较慢，这样就使得导热层面积大的区域温度较低，导热层面积小的区域温度较高，这样在衬底上就产生了温度差，进而形成温度对流，加快衬底的散热。
较佳地，多个散热槽的宽度由衬底的第一设定区域向第二设定区域递增，且散热槽的个数由第一设定区域向第二设定区域递减，以使得第一设定区域和第二设定区域产生温度差。
其中，第一设定区域和第二设定区域有以下几种情况：
(1)第一设定区域为衬底的中心区域，第二设定区域为衬底的四周区域，如图2所示，为衬底背面的俯视图。
在图3中，在方形衬底背面蚀刻了很多方形的散热槽，可以看到衬底中心区域的散热槽面积较小，四周区域的散热槽面积较大，则中心区域的中的散热槽内的导热层材料较小，散热较慢，四周区域的散热槽内的导热层材料较多，散热较快，因此在衬底的中心区域的温度较高，四周温度较低，中心区域和四周区域形成了温度差，就形成了温度对流。
(2)衬底为矩形衬底，衬底沿对称轴分为四个区域，第一设定区域和第二设定区域呈中心对称，如图3所示，为衬底背面的俯视图。
在图4中，在衬底背面蚀刻了多条散热槽，可以看到在图4中的右下角区域的散热槽更密集，在左上角区域的散热槽较为疏松，同样，衬底的左上角区域和右下角区域形成了温度对流。
或者，多个散热槽的宽度还可以由衬底的第一设定区域向第二设定区域递变，第一设定区域的散热槽的个数与第二设定区域的散热槽的个数相同，这样以第一设定区域和第二设定区域也可以产生温度差。
或者，多个散热槽的个数还可以由衬底的第一设定区域向第二设定区域递变，第一设定区域的散热槽的宽度与第二设定区域的散热槽的宽度相同，这样以第一设定区域和第二设定区域也可以产生温度差。
所以，衬底背面的散热槽在衬底分布的区域以及在每个区域的形状或者个数并不严格限定，只要在使得衬底形成温度对流即可。
实施例2
本申请实施例2提供了一种LED芯片的制备方法，流程图如图5所示，具体步骤如下：
S200，在衬底上形成外延层，外延层包括依次形成于衬底上的N型层、发光层和P型层。
如图6所示，在衬底101上形成外延层102，外延层包括依次形成衬底101上的N型层1021、发光层1022和P型层1023。
S210，在P型层上形成第一电极层，第一电极层用于接入电源正极。
其中，步骤S210中，在P型层上形成第一电极层，包括：
如图7所示，在P型层1023上形成透射电极层1031，在透射电极层1031上形成P型电极层1032，该透射电极层1031为透明电极层，P型电极层1032用于接入电源正极，P型电极层1032形成于透射电极层1031的一侧。
比如，透射电极层为ITO(Indium Tin Oxides，氧化铟锡)层，可以在P型层上蒸镀ITO层，作为纳米铟锡金属氧化物，具有很好的导电性和透明性，在ITO层上蒸镀P型电极层。
S220，蚀刻第一电极层和外延层的一侧，暴露N型层。
具体的是依次蚀刻掉透射电极层1031、P型层1023和发光层1022，暴露出N型层1021，如图8所示。
S230，在暴露出的N型层上形成第二电极层，第二电极层用于接入电源负极。
在暴露出的N型层1021上形成第二电极层105，如图9所示，该第二电极层为N型电极层，用于接电源负极。
S240，在衬底背面形成多个嵌入衬底内的散热槽。如图10所示，为侧视图，在衬底101背面上形成多个散热槽。
较佳地，在步骤S240中，在衬底背面形成多个嵌入所述衬底内的散热槽，包括：
在衬底背面形成呈不均匀分布的所述散热槽，使得LED芯片产生的热量在各散热槽处产生温度差。
较佳地，在衬底背面形成呈不均匀分布的所述散热槽，包括：
在衬底形成宽度由第一设定区域向第二设定区域递增，且个数由第一设定区域向第二设定区域递减的散热槽，以使得第一设定区域和第二设定区域产生温度差。
较佳地，第一设定区域为衬底的中心区域，第二设定区域为衬底的四周区域。
或者衬底为矩形衬底，衬底沿对称轴分为四个区域，第一设定区域和第二设定区域呈中心对称。
S250，在散热槽内填充导热层。
如图11所示，在衬底背面沉积导热层104，使得导热层104填充在散热槽内，比如，在衬底背面沉积20埃的金。
导热层材料包括金、银或者铜等导热效果好的金属材料。
在具体制备时，也可以先在衬底背面形成多个散热槽，并在散热槽内填充导热层后，再在衬底上形成外延层。
实施例3
本申请实施例3提出了一种LED晶片，包括实施例1提出的LED芯片。
与现有技术相比，本申请实施例提出的LED芯片包括：衬底、依次形成于所述衬底上的外延层和第一电极层，以及，形成于所述衬底背面的导热层；所述外延层包括依次形成于所述衬底上的N型层、发光层、P型层，所述第一电极层和所述外延层的一侧被蚀刻暴露出所述N型层，在暴露出的N型层上形成第二电极层；所述第一电极层，用于接入电源正极；所述第二电极层，用于接入电源负极；所述衬底背面设置有多个嵌入所述衬底内的散热槽；所述导热层填充所述散热槽，该LED芯片在衬底背面设置有多个嵌入所述衬底内的散热槽，在散热槽内填充导热层，使得LED芯片产生的热量能够通过散热槽内的导热层进行散发，避免的LED芯片产生高的结温而影响寿命。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种LED芯片，其特征在于，包括：衬底、依次形成于所述衬底上的外延层和第一电极层，以及，形成于所述衬底背面的导热层；
所述外延层包括依次形成于所述衬底上的N型层、发光层、P型层，所述第一电极层和所述外延层的一侧被蚀刻暴露出所述N型层，在暴露出的N型层上形成第二电极层；
所述第一电极层，用于接入电源正极；所述第二电极层，用于接入电源负极；
所述衬底背面设置有多个嵌入所述衬底内的散热槽；
所述导热层填充所述散热槽；
所述散热槽在所述衬底背面呈不均匀分布，使得所述LED芯片产生的热量在各散热槽处产生温度差。
2.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，多个所述散热槽的宽度由所述衬底的第一设定区域向第二设定区域递增，且所述散热槽的个数由所述第一设定区域向所述第二设定区域递减，以使得所述第一设定区域和所述第二设定区域产生温度差。
3.根据权利要求2所述的LED芯片，其特征在于，所述第一设定区域为所述衬底的中心区域，所述第二设定区域为所述衬底的四周区域。
4.根据权利要求2所述的LED芯片，其特征在于，所述衬底为矩形衬底，所述衬底沿对称轴分为四个区域，所述第一设定区域和所述第二设定区域呈中心对称。
5.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，导热层材料包括金、银或者铜。
6.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述第一电极层包括透射电极层和P型电极层，所述透射电极层为透明电极层，所述P型电极层用于接入电源正极。
7.一种LED芯片的制备方法，其特征在于，包括：
在衬底上形成外延层，所述外延层包括依次形成于所述衬底上的N型层、发光层和P型层；
在所述P型层上形成第一电极层，所述第一电极层用于接入电源正极；
蚀刻所述第一电极层和所述外延层的一侧，暴露所述N型层；
在暴露出的所述N型层上形成第二电极层，所述第二电极层用于接入电源负极；
在所述衬底背面形成多个嵌入所述衬底内的散热槽；
在所述散热槽内填充导热层；
在所述衬底背面形成多个嵌入所述衬底内的散热槽，包括：
在所述衬底背面形成呈不均匀分布的所述散热槽，使得所述LED芯片产生的热量在各散热槽处产生温度差。
8.一种LED晶片，其特征在于，包括权利要求1至6任一所述的LED芯片。
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