CN110676358A - 一种高亮度正装led芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高亮度正装LED芯片及其制作方法，所述芯片包括衬底、若干个设于衬底正面的发光结构、以及位于发光结构之间的切割槽，其特征在于，还包括设置在衬底背面的具有图形化结构的反射散射层，所述反射散射层由白色无机材料或无机荧光材料制成，所述反射散射层对发光结构向衬底背面发出的光进行散射和全反射，经过反射散射层反射的光变成全光谱，以减少发光结构对光的吸收，提高芯片的出光效率。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种高亮度正装LED芯片及其制作方法。
背景技术
现有的正装LED芯片包括衬底、以及设置在衬底正面的外延层和电极，为了提高出光效率，技术人员在衬底的背面设置一层DBR层或ODR层，以将外延层向衬底背面的出光反射到衬底正面一侧出光。但DBR层或ODR层存在以下两个缺点：一、光的反射角度小；二、光反射之后会被外延层吸收，形成二次反射，多次重复后，出光效率会降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种高亮度正装LED芯片及其制作方法，减少有源层对反射光的吸收，提高芯片的出光效率。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种高亮度正装LED芯片及其制作方法，便于切割成单颗LED芯片。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高亮度正装LED芯片，包括衬底、若干个设于衬底正面的发光结构、以及位于发光结构之间的切割槽，还包括设置在衬底背面的具有图形化结构的反射散射层，所述反射散射层由白色无机材料或无机荧光材料制成，所述反射散射层对发光结构向衬底背面发出的光进行散射和全反射，经过反射散射层反射的光变成全光谱，以减少发光结构对光的吸收。
作为上述方案的改进，所述反射散射层由若干个颗粒状的白球组成，所述白球由白色无机材料制成，所述白球的粒径为0.5～1.5μm。
作为上述方案的改进，所述白色无机材料为氧化锆或氧化钛。
作为上述方案的改进，所述无机荧光材料为碱土金属的硫化物或碱土金属的铝酸盐制成。
作为上述方案的改进，所述碱土金属的硫化物为ZnS或CaS。
作为上述方案的改进，所述碱土金属的铝酸盐为SrAl2O4、CaAl2O4或BaAl2O4。
作为上述方案的改进，所述反射散射层的厚度为100～3000μm。
作为上述方案的改进，所述图形化结构包括隔离槽，所述隔离槽沿着反射散射层的表面刻蚀至衬底的表面，所述隔离槽与切割槽的位置相对应。
作为上述方案的改进，所述隔离槽包括第一隔离槽和第二隔离槽，所述第一隔离槽和第二隔离槽的交汇处设有缺口，所述缺口设于反射散射层的边角处，以增加第一隔离槽和第二隔离槽交汇处的面积。
相应地，本发明还提供了一种高亮度正装LED芯片的制作方法，包括以下步骤：
在衬底的正面形成若干个发光结构和切割槽，所述切割槽位于发光结构之间；
采用光刻和刻蚀工艺在衬底的背面形成具有图形化结构的反射散射层，所述反射散射层为白色无机材料或无机荧光材料制成，所述反射散射层对发光结构向衬底背面发出的光进行散射和全反射，经过反射散射层反射的光变成全光谱，以减少发光结构对光的吸收。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明采用白色无机材料来制成颗粒状的白球，从而形成反射散射层，本发明的反射散射层不仅可以对有源层向衬底一侧发出的光进行散射、反射，将衬底背面的光反射到衬底正面出射，起到现有结构DBR层或ODR层的作用。本发明反射散射层更重要的作用是，还可以将有源层发出的光变成全光谱，从反射散射层反射或散射到衬底正面出射的光，由于变成全光谱，因此不会被有源层吸收，从而提高芯片的出光效率。
本发明采用无机荧光材料来形成反射散射层，本发明的反射散射层不仅可以对有源层向衬底一侧发出的光进行散射、反射，将衬底背面的光反射到衬底正面出射，起到现有结构DBR层或ODR层的作用。本发明反射散射层更重要的作用是，还可以将有源层发出的光变成全光谱，从反射散射层反射或散射到衬底正面出射的光，由于变成全光谱，因此不会被有源层吸收，从而提高芯片的出光效率。
由于本发明在衬底的背面形成了一层反射散射层，且反射散射层的材料特殊，因此本发明的反射散射层需要具有图形化结构，这样便于后续切割形成单颗LED芯片。
附图说明
图1是本发明LED芯片实施例1的结构示意图；
图2是本发明LED芯片实施例1的出光示意图；
图3是本发明LED芯片实施例2的结构示意图；
图4是本发明LED芯片的反射散射层第一方案的俯视图；
图5是本发明LED芯片的反射散射层第二方案的俯视图；
图6是本发明LED芯片的反射散射层第三方案的俯视图。
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。
实施例1
参见图1，本发明提供的一种高亮度正装LED芯片，包括衬底10、若干个设于衬底10正面的发光结构20、以及位于发光结构20之间的切割槽30，本发明还包括设置在衬底10背面的具有图形化结构的反射散射层40。
本发明的发光结构20包括设于衬底10上的第一半导体层21、设于第一半导体层21上的有源层22和第一电极24、以及设于有源层22上的第二半导体层23和第二电极25。本发明的衬底优选为蓝宝石衬底，第一半导体层、有源层和第二半导体层主要由氮化镓材料制成。
所述反射散射层40由若干个颗粒状的白球组成，所述白球由白色无机材料制成，所述反射散射层40对有源层22向衬底10背面发出的光进行散射和全反射，经过反射散射层40反射的光变成全光谱，以减少有源层22对光的吸收。
参见图2，本发明采用白色无机材料来制成颗粒状的白球，从而形成反射散射层，本发明的反射散射层不仅可以对有源层向衬底一侧发出的光进行散射、反射，将衬底背面的光反射到衬底正面出射，起到现有结构DBR层或ODR层的作用。本发明反射散射层更重要的作用是，还可以将有源层发出的光变成全光谱，从反射散射层反射或散射到衬底正面出射的光，由于变成全光谱，因此不会被有源层吸收，从而提高芯片的出光效率。
需要说明的是，所述反射散射层中白球的粒径对芯片的出光效率起着重要的作用。优选的，所述白球的粒径为1～10μm。一个原子尺寸约为0.3μm，当白球的粒径大于3个原子时，才能形成良好的散射效果；另外，若白球的粒径大于10μm，则反射散射层的孔隙太大，大部分都是胶体，反而降低芯片的亮度。
优选的，所述白色无机材料为氧化锆或氧化钛。
需要说明的是，本发明反射散射层的厚度也对芯片的出光效率起着重要的影响。优选的，所述反射散射层的厚度为100～3000μm。若反射散射层的厚度小于100μm，则厚度太薄，有源层发出的光直接穿过反射散射层出射，发生漏光；若反射散射层的厚度大于3000μm，则厚度太厚，增加成本，且不易于后续的切割。
更优的，所述反射散射层的厚度为300～800μm。
由于本发明在衬底的背面形成了一层反射散射层，且反射散射层的材料特殊，因此本发明的反射散射层需要具有图形化结构，这样才便于后续切割形成单颗LED芯片。本发明反射散射层的图形化结构包括隔离槽50，所述隔离槽50沿着反射散射层40的表面刻蚀至衬底10的表面，所述隔离槽50与切割槽30的位置相对应。
参见图4至图6，所述隔离槽包括第一隔离槽51和第二隔离槽52，所述第一隔离槽51和第二隔离槽52的交汇处设有缺口53，所述缺口53设于反射散射层40的边角处，以增加第一隔离槽51和第二隔离槽52交汇处的面积。
实施例2
参见图3，本发明提供的一种高亮度正装LED芯片，包括衬底10、若干个设于衬底10正面的发光结构20、以及位于发光结构20之间的切割槽30，本发明还包括设置在衬底10背面的具有图形化结构的反射散射层40。
本发明的发光结构20包括设于衬底10上的第一半导体层21、设于第一半导体层21上的有源层22、以及设于有源层22上的第二半导体层23。本发明的衬底优选为蓝宝石衬底，第一半导体层、有源层和第二半导体层主要由氮化镓材料制成。
所述反射散射层40由无机荧光材料，所述反射散射层40对有源层22向衬底10背面发出的光进行散射和全反射，经过反射散射层40反射的光变成全光谱，以减少有源层22对光的吸收。
需要说明的是，本发明采用无机荧光材料来形成反射散射层，本发明的反射散射层不仅可以对有源层向衬底一侧发出的光进行散射、反射，将衬底背面的光反射到衬底正面出射，起到现有结构DBR层或ODR层的作用。本发明反射散射层更重要的作用是，还可以将有源层发出的光变成全光谱，从反射散射层反射或散射到衬底正面出射的光，由于变成全光谱，因此不会被有源层吸收，从而提高芯片的出光效率。
具体的，有源层发出的蓝光经过无机荧光材料后转变成白光，由于蓝光的能阶比白光高，因此从反射散射层反射或散射到衬底正面出射的白光不会被有源层吸收，从而提高芯片的出光效率。
优选的，所述无机荧光材料为碱土金属的硫化物或碱土金属的铝酸盐制成。
更优的，所述碱土金属的硫化物为ZnS或CaS；所述碱土金属的铝酸盐为SrAl2O4、CaAl2O4或BaAl2O4。
需要说明的是，本发明反射散射层的厚度也对芯片的出光效率起着重要的影响。优选的，所述反射散射层的厚度为100～3000μm。若反射散射层的厚度小于100μm，则厚度太薄，有源层发出的光直接穿过反射散射层出射，发生漏光；若反射散射层的厚度大于3000μm，则厚度太厚，增加成本，且不易于后续的切割。
更优的，所述反射散射层的厚度为300～800μm。
由于本发明在衬底的背面形成了一层反射散射层，且反射散射层的材料特殊，因此本发明的反射散射层需要具有图形化结构，这样才便于后续切割形成单颗LED芯片。本发明反射散射层的图形化结构包括隔离槽50，所述隔离槽50沿着反射散射层40的表面刻蚀至衬底10的表面，所述隔离槽50与切割槽30的位置相对应。
参见图4至图6，所述隔离槽包括第一隔离槽51和第二隔离槽52，所述第一隔离槽51和第二隔离槽52的交汇处设有缺口53，所述缺口53设于反射散射层40的边角处，以增加第一隔离槽51和第二隔离槽52交汇处的面积。
相应地，本发明还提供了一种高亮度正装LED芯片的制作方法，包括以下步骤：
在衬底的正面形成若干个发光结构和切割槽，所述切割槽位于发光结构之间；
采用光刻和刻蚀工艺在衬底的背面形成具有图形化结构的反射散射层，所述反射散射层为白色无机材料或无机荧光材料制成，所述反射散射层对发光结构向衬底背面发出的光进行散射和全反射，经过反射散射层反射的光变成全光谱，以减少发光结构对光的吸收。
具体的，所述具有图形化结构的反射散射层的制作方法如下：
一、采用黄光工艺在衬底的背面形成所需图形的光刻胶，对光刻胶进行接近式曝光，显影和硬烤，形成光刻掩膜板图形层；
具体的，所述光刻胶厚度为7.5～8.5μm，涂胶转速为800～1200rpm；软烤温度为90～130℃；接近式曝光掩膜板与光刻胶的距离为10～20μm，曝光量为140～170mJ/cm2；显影时间为130～180s，硬烤温度为120～150℃，硬烤时间为20～50min。
二、采用蒸镀的方法在衬底的背面形成反射散射层。
需要说明的是，所述缺口采用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀反射散射层，刻蚀气体为CF4，通CF4与O2的比例为(8～10)：1，刻蚀时间为4200-4800s。
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)
1.一种高亮度正装LED芯片，包括衬底、若干个设于衬底正面的发光结构、以及位于发光结构之间的切割槽，其特征在于，还包括设置在衬底背面的具有图形化结构的反射散射层，所述反射散射层由白色无机材料或无机荧光材料制成，所述反射散射层对发光结构向衬底背面发出的光进行散射和全反射，经过反射散射层反射的光变成全光谱，以减少发光结构对光的吸收。
2.如权利要求1所述的高亮度正装LED芯片，其特征在于，所述反射散射层由若干个颗粒状的白球组成，所述白球由白色无机材料制成，所述白球的粒径为0.5～1.5μm。
3.如权利要求1或2所述的高亮度正装LED芯片，其特征在于，所述白色无机材料为氧化锆或氧化钛。
4.如权利要求1所述的高亮度正装LED芯片，其特征在于，所述无机荧光材料为碱土金属的硫化物或碱土金属的铝酸盐制成。
5.如权利要求4所述的高亮度正装LED芯片，其特征在于，所述碱土金属的硫化物为ZnS或CaS。
6.如权利要求4所述的高亮度正装LED芯片，其特征在于，所述碱土金属的铝酸盐为SrAl2O4、CaAl2O4或BaAl2O4。
7.如权利要求1所述的高亮度正装LED芯片，其特征在于，所述反射散射层的厚度为100～3000μm。
8.如权利要求1所述的高亮度正装LED芯片，其特征在于，所述图形化结构包括隔离槽，所述隔离槽沿着反射散射层的表面刻蚀至衬底的表面，所述隔离槽与切割槽的位置相对应。
9.如权利要求2所述的高亮度正装LED芯片，其特征在于，所述隔离槽包括第一隔离槽和第二隔离槽，所述第一隔离槽和第二隔离槽的交汇处设有缺口，所述缺口设于反射散射层的边角处，以增加第一隔离槽和第二隔离槽交汇处的面积。
10.一种高亮度正装LED芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
在衬底的正面形成若干个发光结构和切割槽，所述切割槽位于发光结构之间；
采用光刻和刻蚀工艺在衬底的背面形成具有图形化结构的反射散射层，所述反射散射层为白色无机材料或无机荧光材料制成，所述反射散射层对发光结构向衬底背面发出的光进行散射和全反射，经过反射散射层反射的光变成全光谱，以减少发光结构对光的吸收。
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