CN110246940A - 一种减少侧面出光的led芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种减少侧面出光的LED芯片及其制作方法，所述LED芯片包括减薄衬底、反射层和发光结构所述减薄衬底包括正面和背面，所述发光结构设于减薄衬底的正面上，所述减薄衬底的背面设有图形凹缺部，所述图形凹缺部的刻蚀深度为减薄衬底厚度的1.3％～2.6％，所述反射层设于减薄衬底的背面和图形凹缺部上。本发明通过图形凹缺部和反射层的相互配合，将有源层任意出光角度的光线进行反射，反射后的光线垂直于芯片正面射出，从而减少芯片的侧面出光。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种减少侧面出光的LED芯片及其制作方法。
背景技术
LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是一种利用载流子复合时释放能量形成发光的半导体器件，LED芯片具有耗电低、色度纯、寿命长、体积小、响应时间快、节能环保等诸多优势。
参见图3，现有LED芯片由于侧面漏光，严重影响芯片的应用领域。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种减少侧面出光的LED芯片，可减少芯片的侧面出光。
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种减少侧面出光的LED芯片制作方法，可快速、批量地在减薄衬底上形成图形凹缺部，以减少芯片的侧面出光。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种减少侧面出光的LED芯片，包括减薄衬底、反射层和发光结构，所述减薄衬底包括正面和背面，所述发光结构设于减薄衬底的正面上，所述减薄衬底的背面设有图形凹缺部，所述图形凹缺部的刻蚀深度为减薄衬底厚度的1.3％～2.6％，所述反射层设于减薄衬底的背面和图形凹缺部上。
作为上述方案的改进，所述图形凹缺部的形状为正方形、矩形、圆形或六方形；
所述图形凹缺部位于减薄衬底的边缘。
作为上述方案的改进，所述图形凹缺部的刻蚀深度为2～4μm。
作为上述方案的改进，所述发光结构包括设于减薄衬底正面上的第一半导体层、设于第一半导体层上的有源层和第一电极、设于有源层上的第二半导体层、以及设于第二半导体层上的第二电极。
作为上述方案的改进，所述反射层由两种不同折射率的材料交替排列组成，每层材料的光学厚度为中心反射波长的1/4。
作为上述方案的改进，所述反射层由SiO2和TiO2交替形成。
相应地，本发明还提供了一种减少侧面出光的LED芯片的制作方法，包括以下步骤：
一、在衬底的正面形成发光结构；
二、对衬底的背面进行研磨，形成减薄衬底，减薄衬底的厚度为原来衬底厚度的20～40％；
三、在减薄衬底上涂覆光刻胶，并对光刻胶依次进行软烤、曝光、显影和硬烤，形成图形化光刻胶层，所述图形化光刻胶层的厚度为减薄衬底厚度的 5～6％；
四、对图形化光刻胶层和减薄衬底进行湿法腐蚀，在减薄衬底的背面形成图形凹缺部，所述图形凹缺部的刻蚀深度为减薄衬底厚度的1.3％～2.6％；
五、在减薄衬底和图形凹缺部上形成反射层。
作为上述方案的改进，步骤三中，光刻胶的涂胶速度为8000～10000rpm，软烤温度为110～130℃，软烤时间为140s-180s；
掩膜与光刻胶的距离为10～20μm，曝光量为180-220mJ/cm2；
光刻胶的显影时间为180～210s，硬烤温度为100～140℃，硬烤时间为 20～50min。
作为上述方案的改进，步骤四中，将步骤(三)得到的图形化光刻胶层和减薄衬底置于220～270℃的腐蚀溶液中刻蚀6～30min，其中，图形化光刻胶层和减薄衬底的相对刻蚀速率比为(0.8～1.8)：1。
作为上述方案的改进，步骤四中，所述腐蚀溶液由H2SO4和H3PO4组成， H2SO4和H3PO4的比例为(2～4):1。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明提供了一种减少侧面出光的LED芯片，包括减薄衬底、反射层和发光结构，所述减薄衬底包括正面和背面，所述发光结构设于减薄衬底的正面上，所述减薄衬底的背面设有图形凹缺部，所述图形凹缺部的刻蚀深度为减薄衬底厚度的1.3％～2.6％，所述反射层设于减薄衬底的背面和图形凹缺部上。本发明通过图形凹缺部和反射层的相互配合，将有源层任意出光角度的光线进行反射，反射后的光线垂直于芯片正面射出，从而减少芯片的侧面出光。
所述反射层由两种不同折射率的材料交替排列组成，每层材料的光学厚度为中心反射波长的1/4。本发明的反射层用于反射有源层发出的光线，以提高芯片的正面出光效率。为了配合本发明的图形凹缺部，减少侧面出光，本发明的反射层与现有反射层的结构存在一定的区别。具体的，本发明对反射层中的每层厚度进行限定，以配合反射波长和图形凹缺部。
本发明通过光刻工艺和湿法腐蚀工艺的相互配合，快速、批量地在减薄衬底上形成图形凹缺部。
本发明将步骤(三)得到的图形化光刻胶层和减薄衬底置于220～270℃的腐蚀溶液中刻蚀6～30min，以减少刻蚀时间，获得预设刻蚀深度的图形凹缺部，同时把图形化光刻胶层除去。
本发明图形化光刻胶层和减薄衬底的相对刻蚀速率比为(0.8～1.8)：1，不仅可以获得预设刻蚀深度的图形凹缺部，还可以把图形化光刻胶层除去。
本发明采用一定比例的H2SO4和H3PO4组成的腐蚀溶液来刻蚀图形化光刻胶层和减薄衬底，可以获得良好的刻蚀效果。
附图说明
图1是本发明LED芯片的结构示意图；
图2是本发明LED芯片的出光示意图；
图3是现有LED芯片的出光示意图。
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，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
参见图1，本发明提供的一种减少侧面出光的LED芯片，包括减薄衬底10、反射层20和发光结构30，所述减薄衬底10包括正面和背面，所述发光结构30设于减薄衬底10的正面上，所述减薄衬底10背面设有图形凹缺部11，所述反射层20设于减薄衬底10的背面和图形凹缺部11上。
具体的，本发明减薄衬底10的材质为蓝宝石。现有的蓝宝石衬底厚度一般为450μm，对蓝宝石衬底进行研磨，不仅可以提高器件的散热性能，还可以满足划片、裂片等后继工艺的要求。
优选的，减薄衬底的厚度为原来衬底厚度的20～40％。具体的，减薄衬底的厚度为90～180μm。若减薄衬底的厚度小于90μm，则芯片容易发生翘曲；若减薄衬底的厚度大于180μm，则芯片的散热效果差，后续划片困难。
本发明的发光结构30包括设于减薄衬底10正面上的第一半导体层31、设于第一半导体层31上的有源层32和第一电极34、设于有源层32上的第二半导体层33、以及设于第二半导体层33上的第二电极35。
参见图2，本发明LED芯片有源层32的光线以任意角度出光，假设以角度α入射反射层20表面，经过反射层20反射，以角度β入射具有图形凹缺部11 的减薄衬底10侧面的反射层20，经反射后垂直于芯片正面射出，从而减少芯片的侧面出光。
参见图3，现有LED芯片有源层的光线以任意角度出光，假设以角度α入射反射层表面，经过反射层反射，光线会从衬底的侧面漏光。
为了更好地将光线反射到芯片的正面出光，减少侧面漏光，所述图形凹缺部11位于减薄衬底的边缘。优选的，所述图形凹缺部11的形状为正方形、矩形、圆形或六方形，但不限于此。
所述图形凹缺部11的刻蚀深度对芯片的出光角度起着重要的影响，刻蚀深度越深，越能减少侧面出光，但刻蚀深度太深，会容易造成芯片暗裂、破片。
优选的，所述图形凹缺部11的刻蚀深度为减薄衬底10厚度的1.3～2.6％，更优的，所述图形凹缺部11的刻蚀深度为减薄衬底10厚度的2％。若刻蚀深度大于减薄衬底厚度的2.6％，则衬底容易出现暗裂纹；若刻蚀深度小于衬底厚度的 1.3％，则减少芯片侧面出光的效果不明显。具体的，所述图形凹缺部11的刻蚀深度为2～4μm。
本发明的反射层20用于反射有源层22发出的光线，以提高芯片的正面出光效率。为了配合本发明的图形凹缺部11，减少侧面出光，本发明的反射层与现有反射层的结构存在一定的区别。具体的，本发明对反射层中的每层厚度进行限定，以配合反射波长和图形凹缺部。所述反射层20由两种不同折射率的材料交替排列组成，每层材料的光学厚度为中心反射波长的1/4。优选的，所述反射层由SiO2和TiO2交替形成，但不限于此。
相应地，本发明还提供了一种减少侧面出光的LED芯片的制作方法，包括以下步骤：
一、在衬底的正面形成发光结构；
采用MOCVD工艺在衬底的正面形成发光结构，发光结构包括设于衬底正面上的第一半导体层、设于第一半导体层上的有源层和第一电极、设于有源层上的第二半导体层、以及设于第二半导体层上的第二电极。
二、对衬底的背面进行研磨，形成减薄衬底；
具体的，本发明衬底的材质为蓝宝石，但不限于此。现有的蓝宝石衬底厚度一般为450μm，对蓝宝石衬底进行研磨，不仅可以提高器件的散热性能，还可以满足划片、裂片等后继工艺的要求。
优选的，减薄衬底的厚度为原来衬底厚度的20～40％。具体的，减薄衬底的厚度为90～180μm。若减薄衬底的厚度小于90μm，则芯片容易发生翘曲；若减薄衬底的厚度大于180μm，则芯片的散热效果差，后续划片困难。
三、在减薄衬底上涂覆光刻胶，并对光刻胶依次进行软烤、曝光、显影和硬烤，形成图形化光刻胶层；
为了能够快速、批量地在减薄衬底上形成图形凹缺部，本发明通过光刻工艺和湿法腐蚀工艺的相互配合来实现。
具体的，本发明在减薄衬底上涂覆光刻胶，并对光刻胶依次进行软烤、曝光、显影和硬烤，以形成图形化光刻胶层。其中，图形化光刻胶层的形状和大小与图形凹缺部的形状和大小相配。
为了能够形成厚度均匀的光刻胶层，光刻胶的涂胶速度为8000～10000rpm。软烤温度为110～130℃，软烤时间为140s-180s；
掩膜与光刻胶的距离为10～20μm，曝光量为180-220mJ/cm2；
光刻胶的显影时间为180～210s，硬烤温度为100～140℃，硬烤时间为 20～50min。
需要说明的是，图形化光刻胶层的厚度对图形凹缺部的刻蚀深度起着重要的影响。若图形化光刻胶层的厚度太厚，则图形凹缺部的刻蚀深度太浅；若图形化光刻胶层的厚度太薄，则图形凹缺部的刻蚀深度太深。优选的，所述图形化光刻胶层的厚度为减薄衬底厚度的5～6％。
四、对图形化光刻胶层和减薄衬底进行湿法腐蚀，在减薄衬底的背面形成图形凹缺部；
为了减少刻蚀时间，获得预设刻蚀深度的图形凹缺部，同时把图形化光刻胶层除去，本发明将步骤(三)得到的图形化光刻胶层和减薄衬底置于220～270℃的腐蚀溶液中刻蚀6～30min。需要说明的是，腐蚀溶液的温度越高，刻蚀时间越长，刻蚀深度越深，同时也越容易破坏发光结构。为了保护发光结构，同时也在较短的时间内获得预设刻蚀深度，优选的，腐蚀溶液的温度为230～250℃的腐蚀溶液中刻蚀10～15min。
为了获得预设刻蚀深度的图形凹缺部，同时把图形化光刻胶层除去，本发明图形化光刻胶层和减薄衬底的相对刻蚀速率比为(0.8～1.8)：1。根据上述限定的图形化光刻胶层的厚度来进一步限定本发明图形化光刻胶层和减薄衬底的相对刻蚀速率比为(0.9～1.5)：1。
为了保证刻蚀效果，本发明的腐蚀溶液由H2SO4和H3PO4组成，H2SO4和 H3PO4的比例为(2～4):1。由于硫酸的酸性和腐蚀性较磷酸强，单独采用硫酸来刻蚀，刻蚀深度较深，但蓝宝石衬底表面平整度不佳，而且侧壁会出现钻蚀现象；若单独采用磷酸来刻蚀，则蓝宝石衬底表面平整度较好，但侧壁不能垂直深入而是呈现梯形分布，并未发生钻蚀。本发明采用一定比例的H2SO4和 H3PO4组成的腐蚀溶液来刻蚀图形化光刻胶层和减薄衬底，可以获得良好的刻蚀效果。
所述图形凹缺部的刻蚀深度对芯片的出光角度起着重要的影响，刻蚀深度越深，越能减少侧面出光，但刻蚀深度太深，会容易出现芯片暗裂、破片。
优选的，所述图形凹缺部的刻蚀深度为减薄衬底10厚度的1.3～2.6％，更优的，所述图形凹缺部的刻蚀深度为减薄衬底厚度的2％。
具体的，所述图形凹缺部的刻蚀深度为2～4μm
五、在减薄衬底和图形凹缺部上形成反射层。
本发明的反射层用于反射有源层发出的光线，以提高芯片的正面出光效率。为了配合本发明的图形凹缺部，减少侧面出光，本发明的反射层与现有反射层的结构存在一定的区别。具体的，本发明对反射层中的每层厚度进行限定，以配合反射波长和图形凹缺部。所述反射层由两种不同折射率的材料交替排列组成，每层材料的光学厚度为中心反射波长的1/4。优选的，所述反射层由SiO2和TiO2交替形成，但不限于此。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种减少侧面出光的LED芯片，包括减薄衬底、反射层和发光结构，其特征在于，所述减薄衬底包括正面和背面，所述发光结构设于减薄衬底的正面上，所述减薄衬底的背面设有图形凹缺部，所述图形凹缺部的刻蚀深度为减薄衬底厚度的1.3％～2.6％，所述反射层设于减薄衬底的背面和图形凹缺部上。
2.如权利要求1所述的减少侧面出光的LED芯片，其特征在于，所述图形凹缺部的形状为正方形、矩形、圆形或六方形；
所述图形凹缺部位于减薄衬底的边缘。
3.如权利要求1所述的减少侧面出光的LED芯片，其特征在于，所述图形凹缺部的刻蚀深度为2～4μm。
4.如权利要求1所述的减少侧面出光的LED芯片，其特征在于，所述发光结构包括设于减薄衬底正面上的第一半导体层、设于第一半导体层上的有源层和第一电极、设于有源层上的第二半导体层、以及设于第二半导体层上的第二电极。
5.如权利要求1所述的减少侧面出光的LED芯片，其特征在于，所述反射层由两种不同折射率的材料交替排列组成，每层材料的光学厚度为中心反射波长的1/4。
6.如权利要求1所述的减少侧面出光的LED芯片，其特征在于，所述反射层由SiO2和TiO2交替形成。
7.如权利要求1-6任一项所述的减少侧面出光的LED芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、在衬底的正面形成发光结构；
二、对衬底的背面进行研磨，形成减薄衬底，减薄衬底的厚度为原来衬底厚度的20～40％；
三、在减薄衬底上涂覆光刻胶，并对光刻胶依次进行软烤、曝光、显影和硬烤，形成图形化光刻胶层，所述图形化光刻胶层的厚度为减薄衬底厚度的5～6％；
四、对图形化光刻胶层和减薄衬底进行湿法腐蚀，在减薄衬底的背面形成图形凹缺部，所述图形凹缺部的刻蚀深度为减薄衬底厚度的1.3％～2.6％；
五、在减薄衬底和图形凹缺部上形成反射层。
8.如权利要求7所述的减少侧面出光的LED芯片制作方法，其特征在于，步骤三中，光刻胶的涂胶速度为8000～10000rpm，软烤温度为110～130℃，软烤时间为140s-180s；
掩膜与光刻胶的距离为10～20μm，曝光量为180-220mJ/cm2；
光刻胶的显影时间为180～210s，硬烤温度为100～140℃，硬烤时间为20～50min。
9.如权利要求8所述的减少侧面出光的LED芯片制作方法，其特征在于，步骤四中，将步骤(三)得到的图形化光刻胶层和减薄衬底置于220～270℃的腐蚀溶液中刻蚀6～30min，其中，图形化光刻胶层和减薄衬底的相对刻蚀速率比为(0.8～1.8)：1。
10.如权利要求9所述的减少侧面出光的LED芯片制作方法，其特征在于，步骤四中，所述腐蚀溶液由H2SO4和H3PO4组成，H2SO4和H3PO4的比例为(2～4):1。
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