CN109119409A - 多合一led芯片及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种多合一LED芯片及制造方法，其特征在于，包括：一个以上独立构成发光体的LED芯片共用同一衬底；相邻LED芯片的外延结构之间由隔离槽完全分隔；所述LED芯片的外延结构的顶部到隔离槽底部的深度大于LED芯片的外延结构的厚度。本发明使激光切割的工序得以简化，大大降低封装工艺的复杂程度和封装时间，并能够提升产品的发光效率。
Description
技术领域
本发明属于LED芯片制造领域，尤其涉及一种多合一LED芯片及制造方法。
背景技术
发光二极管（LED）作为一种新型的人造光源，在当前的社会生活中已经占有越来越重要的分量，无论是其可应用的场景还是使用规模都在迅速扩张。
如何提高发光二极管的发光效率及降低制造成本一直以来都是LED领域的重要课题和研究方向，现有技术也提出了诸多改进的方案。但是其仍然有改善的空间。
发明内容
本发明旨在提高发光二极管的发光效率及降低制造成本，尤其是基于蓝光LED的白光LED照明器件的发光效率和制造成本，提出了一种多合一的LED芯片方案，其不仅显著提高了白光LED的发光效率，也显著降低了LED芯片的制造成本，同时还改善了工艺流程。
本发明具体采用以下技术方案：
一种多合一LED芯片，其特征在于：一个以上独立构成发光体的LED芯片共用同一衬底；相邻LED芯片的外延结构之间由隔离槽完全分隔；所述LED芯片的外延结构的顶部到隔离槽底部的深度大于LED芯片的外延结构的厚度。
优选地，所述LED芯片为蓝光LED；所述LED芯片的外延结构中的有源层朝向隔离槽的一侧可透光；所述隔离槽中填充有黄色荧光粉。
优选地，所述衬底为蓝宝石衬底。
优选地，相邻LED芯片的电极同向设置或反向设置。
一种多合一LED芯片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：在蓝宝石衬底上生长GaN基外延层，所述外延层包括依次形成于蓝宝石衬底上的N型半导体、有源层、P型半导体层。
步骤二：将所述外延层部分化学刻蚀露出N型半导体层；外延层上设置掩膜，将GaN基外延层通过化学刻蚀方法刻蚀成为多个独立的GaN基外延结构；所述的掩膜为是SiO2或者光阻层。
步骤三：在所述P型半导体层预设电流阻挡层，再形成透明导电层；再在独立外延结构上形成透明绝缘层；再形成分别与P型半导体层和N型半导体层相接触的电极。
步骤四：在独立的GaN基外延结构之间填充黄色荧光粉。
优选地，所述化学刻蚀为ICP刻蚀。
本发明及优选技术方案相对于现有技术的有益效果在于：
1、将一个以上传统工艺中采用激光分割的LED发光单元（LED芯片）集成在一个完整的衬底上，一方面尽可能地减少了激光切割对衬底材料可能造成的损伤和缺陷（同时也有一定的节能作用）；另一方面，节约了衬底材料，在本发明方案中，仅要求相邻的LED发光单元外延结构彼此独立，则二者间的隔离槽的宽度实际上可以做到尽可能地小，这样，在同样面积的衬底材料上，可以设置比传统工艺数量更多的LED发光单元；另外，隔离槽倾斜角度要适中，以防止全反射的发生，有利于横向出光的提取。
2、本发明及优选技术方案在基于蓝光LED的白光LED照明器件的应用中，隔离槽的空间相对于两颗相邻独立芯片之间的空间要小得多，可减少黄色荧光粉的注入量；芯片横向发出的光又可从隔离槽侧壁折射再经黄色荧光粉透射出来，从而提升器件的整体发光效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
图1为现有技术LED芯片示意图；
图2为本发明实施例剖视示意图；
图3为现有技术与本发明实施例剖视对比示意图；
图4为本发明实施例俯视示意图1；
图5为本发明实施例俯视示意图2；
图6为本发明实施例俯视示意图3；
图7为本发明实施例俯视示意图4；
图8为本发明实施例测试图1；
图9为本发明实施例测试图2；
图10为本发明实施例测试图3及测试数据；
图中：1-隔离槽；2-衬底；3-外延结构；4-电极；5-黄色荧光粉。
具体实施方式
为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文对本发明结构特举1个实施例，对本发明制造方法特举2个实施例，作详细说明如下：
如图1及图3的左图所示，在现有技术的传统工艺当中，最终制作完成的每个LED芯片包括独立的底层衬底2、包含发光结构的外延结构3，以及设置在外延结构3之上的电极4。
对于基于蓝光LED的白光LED照明器件而言，其通常工艺在于，采用多个能够激发蓝光的LED芯片排布形成LED芯片阵列，并在LED芯片阵列的上表面设置黄色荧光粉5，则蓝光激发黄色荧光粉5之后，与蓝光混合构成白光，得以形成白光光源。
如图2、图3所示，本发明实施例相对于现有技术传统工艺的改进之处在于：
首先，不按照单个LED芯片的尺寸对生长好外延结构3的衬底2晶片进行切割，使最终获得的产品上包含有一个以上独立构成的发光元；而在每个独立构成的发光元之间，构成发光元分离的隔离槽1，该隔离槽1是通过化学刻蚀形成的。
该种改进使激光切割的工序得以简化，一方面节约了激光切割造成的能源损耗和对材料的损耗；另一方面尽可能避免了激光切割造成的芯片缺陷，且由于采用化学刻蚀形成隔离槽1，则可使LED芯片阵列中，发光元的间隙更小，从而提升单位面积的发光强度。
该种改进由于使多个LED发光元在形态上直接成为一体，会大大降低封装工艺的复杂程度和封装时间（PKG process time）。
其次，本发明实施例的另一要旨在于，在多个LED发光元一体的基础上，通过对隔离槽1空间的有效利用，提升产品的发光效率。
通过对比图3的左右图，可以容易获知，本实施例方案相比于传统工艺，通过对隔离槽1区域衬底2的进一步刻蚀，提高了黄色荧光剂填充区域的纵深，从而在不增加LED阵列总体面积的情况下，同时增加了LED发光元（控制蓝光光强）和黄色荧光剂（控制黄光光强），从而获得相对传统工艺效果更佳的白光LED照明器件。
需要注意的是，在本实施例中对于黄色荧光剂的增益应当主要着眼于能够转化为出光的“有效黄色荧光剂填充”，因此，每个LED发光元有源层5靠近隔离槽1的侧面出光是十分重要的。在本实施例实现工艺的化学刻蚀过程中，应对刻蚀角度进行控制，着力避免外延结构3侧部刻蚀面形成出光的全反射面。
本实施例主要面向基于蓝光的白光LED设计，然而，本实施例的设计要点不仅仅能够应用于该种类型LED，但凡需要构成LED阵列结构的LED应用场景均可以沿用本实施例的设计思路。
同时，在蓝光LED领域，本实施例中，采用蓝宝石和GaN基外延结构3的搭配，但不意味着本实施例方案仅能应用于该种搭配，其余诸如硅衬底2、碳化硅衬底2，亦或其他能够激发蓝光的外延结构3，均在本实施例方案的可选用范围。
此外，根据具体应用场景的区别，本实施例的优选策略包括：相邻LED发光元（芯片）的电极4同向或反向设置。
如图4所示，为本实施例获得的二合一电极4反向LED芯片。
如图5所示，为本实施例获得的二合一电极4同向LED芯片。
如图6所示，为本实施例获得的三合一电极4反向LED芯片。
如图7所示，为本实施例获得的三合一电极4同向LED芯片。
对于本实施例的实现方案，其要点在于以下步骤：
步骤一：在蓝宝石衬底2上生长GaN基外延层，所述外延层包括依次形成于蓝宝石衬底上的N型半导体301、有源层302、P型半导体层303。
步骤二：将所述外延层部分化学刻蚀露出N型半导体层；外延层3上设置掩膜，将GaN基外延层通过化学刻蚀方法刻蚀成为多个独立的GaN基外延结构；所述的掩膜可以是SiO2或者光阻层。
步骤三：在所述P型半导体层预设电流阻挡层，再形成透明导电层；再在独立外延结构上形成透明绝缘层；再形成分别与P型半导体层和N型半导体层相接触的电极4。
步骤四：在独立的GaN基外延结构之间填充黄色荧光粉。
其中蓝宝石衬底2优选为图案化的蓝宝石衬底（PSS）。
以上化学刻蚀优选为ICP刻蚀。
两种实现方案的区别在于，对如何形成衬底2上的进一步刻蚀区域的处理选择不同，但均能获得本实施例的产品。
此外，需要说明的是，本实施例工艺方案相对于一般的LED芯片生产工艺，其区别仅在于以上所列举的步骤，至于其他LED芯片生产过程中的常规必要步骤，在本实施例提供的工艺中无省略或改动，在此不做赘述。
在本实施例的一个具体的应用例中，优选隔离槽1的宽度为6μm，对其进行测试的结果如图8、图9所示，可见其工作电压（VF1）参数与常规单芯片的水平相当；IS测试结果如图10所示，采用本实施例结构的测试结果相比于现有传统结构也有明显的提升（其中A为普通芯片，B和C为本实施例提供的二合一芯片）；在本实施例工艺实施的内部测试当中，总结发现的芯片工艺的明显改善包括：
1、将芯片（独立发光元）之间的切割宽度（Isolation width）从14μm降为6μm；
2、激光切割工艺单位时间（Laser process time）从7分钟降为3.5分钟；
3、裂片工艺单位时间（Breaker process time）从7分钟降为3.5分钟；
4、分选工艺单位时间（Sorting process time）从70分钟降为35分钟。
发现对分装工艺的改善包括：
1、将分装附加工艺时间优化改善约50%（Attach process time improvement onPKG）；
2、荧光粉使用量减少约10%（Use phosphors capacity improvement）；
3、有更好的光分布，原因在于独立发光体之间的间距一致性提高了（Good lightdistribution at one PKG）；
4、可靠性相比于传统LED芯片有所提升。
本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的多合一LED芯片及制造方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。
Claims (6)
1.一种多合一LED芯片，其特征在于：一个以上独立构成发光体的LED芯片共用同一衬底；相邻LED芯片的外延结构之间由隔离槽完全分隔；所述LED芯片的外延结构的顶部到隔离槽底部的深度大于LED芯片的外延结构的厚度。
2.根据权利要求1所述的多合一LED芯片，其特征在于：所述LED芯片为蓝光LED；所述LED芯片的外延结构中的有源层朝向隔离槽的一侧可透光；所述隔离槽中填充有黄色荧光粉。
3.根据权利要求2所述的多合一LED芯片，其特征在于：所述衬底为蓝宝石衬底。
4.根据权利要求3所述的多合一LED芯片，其特征在于：相邻LED芯片的电极同向设置或反向设置。
5.一种多合一LED芯片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：在蓝宝石衬底上生长GaN基外延层，所述外延层包括依次形成于蓝宝石衬底上的N型半导体、有源层、P型半导体层；
步骤二：将所述外延层部分化学刻蚀露出N型半导体层；外延层上设置掩膜，将GaN基外延层通过化学刻蚀方法刻蚀成为多个独立的GaN基外延结构；所述的掩膜为SiO2或者光阻层；
步骤三：在所述P型半导体层预设电流阻挡层，再形成透明导电层；再在独立外延结构上形成透明绝缘层；再形成分别与P型半导体层和N型半导体层相接触的电极；
步骤四：在独立的GaN基外延结构之间填充黄色荧光粉。
6.根据权利要求5所述的多合一LED芯片的制造方法，其特征在于：所述化学刻蚀为ICP刻蚀。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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