CN203607447U - Led芯片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种LED芯片，包括：衬底，衬底具有第一表面和与第一表面相反的第二表面；第一表面上形成有至少一个刻蚀后的第一外延层，刻蚀后的第一外延层上形成有腐蚀后的钝化层，其上形成有第一预定形状的电极层；第二表面上形成有至少一个刻蚀后的第二外延层，刻蚀后的第二外延层上形成有刻蚀后的绝缘反射层，刻蚀后的第二外延层和刻蚀后的绝缘反射层上形成有剥离后的导电反射层，其上形成有腐蚀后的绝缘阻流层，剥离后的导电反射层和腐蚀后的绝缘阻流层上形成有第二预定形状的键合金属层，键合金属层上设置有电极键合基板，电极键合基板上设置有与电极层相连接的电极引线。能够提高LED芯片的亮度，并提高出光的性能。
Description
技术领域
本实用新型实施例涉及光电技术领域，尤其涉及一种LED芯片。
背景技术
随着科技的不断发展，发光二极管(Light-Emitting Diod，LED)由于其亮度高、功耗低、寿命长、可靠性高、易驱动、节能环保等优点，被广泛应用于照明、交通、广告、仪器仪表和液晶背光照明等领域中。目前世界上生产和使用LED呈现急速上升的趋势，同时也对LED的出光效率提出了更高的要求。
但是现有的LED芯片结构在内量子效率方面已达到极限，外量子效率的提取经过了多年的研究和发展也进步的相当缓慢。经过了十多年研究与发展业内人士通过各种方式对芯片的各个环节的进行改善以提高现有LED芯片的亮度。
传统LED芯片结构并没有完全有效的对现有技术与现有生产材料进行整合和有效的利用，这就急需提出一种新型的LED芯片结构来提高LED芯片的亮度，提高出光的性能。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种LED芯片，能够提高LED芯片的亮度，并提高出光的性能。
本实用新型实施例提供一种LED芯片，包括：
衬底，所述衬底具有第一表面和与所述第一表面相反的第二表面；
所述第一表面上形成有至少一个刻蚀后的第一外延层，所述刻蚀后的第一外延层上形成有腐蚀后的钝化层，所述刻蚀后的第一外延层和所述腐蚀后的钝化层上形成有第一预定形状的电极层；
所述第二表面上形成有至少一个刻蚀后的第二外延层，所述刻蚀后的第二外延层上形成有刻蚀后的绝缘反射层，所述刻蚀后的第二外延层和所述刻蚀后的绝缘反射层上形成有剥离后的导电反射层，所述刻蚀后的第二外延层、所述刻蚀后的绝缘反射层和剥离后的导电反射层上形成有腐蚀后的绝缘阻流层，所述剥离后的导电反射层和所述腐蚀后的绝缘阻流层上形成有第二预定形状的键合金属层，所述键合金属层上设置有电极键合基板，所述电极键合基板上设置有与所述电极层相连接的电极引线。
所述至少一个刻蚀后的第一外延层与所述至少一个刻蚀后的第二外延层刻蚀后的尺寸相同或不同。
所述第一外延层包括：第一N-GaN层，所述第一N-GaN层上形成有第一发光层，所述第一发光层上形成有第一P-GaN层；
所述第二外延层包括：第二N-GaN层，所述第二N-GaN层上形成有第二发光层，所述第二发光层上形成有第二P-GaN层；
其中，所述发光层包括N-GaN层和形成于所述N-GaN层上的量子阱层。
所述衬底为双面抛光的图形化蓝宝石衬底PSS，厚度为50um-450um。
所述第一外延层厚度为1.2um-1.2um，所述钝化层为绝缘钝化层，厚度为100nm-1500nm，所述电极层厚度为100nm-3000nm。
所述第二外延层的厚度为1.5um-3um；所述绝缘反射层为分布式布拉格反射镜DBR，厚度为100nm-5000nm；所述导电反射层厚度为100nm-2000nm；所述绝缘阻流层厚度为10-50nm。
本实用新型实施例提供的LED芯片。该芯片包括：衬底，衬底具有第一表面和与第一表面相反的第二表面；第一表面上形成有至少一个刻蚀后的第一外延层，刻蚀后的第一外延层上形成有腐蚀后的钝化层，刻蚀后的第一外延层和腐蚀后的钝化层上形成有第一预定形状的电极层；第二表面上形成有至少一个刻蚀后的第二外延层，刻蚀后的第二外延层上形成有刻蚀后的绝缘反射层，刻蚀后的第二外延层和刻蚀后的绝缘反射层上形成有剥离后的导电反射层，刻蚀后的第二外延层、刻蚀后的绝缘反射层和剥离后的导电反射层上形成有腐蚀后的绝缘阻流层，剥离后的导电反射层和腐蚀后的绝缘阻流层上形成有第二预定形状的键合金属层，键合金属层上设置有电极键合基板，电极键合基板上设置有与电极层相连接的电极引线。这样一来，可以将不同结构和尺寸的LED芯片集成于同一衬底上，一面形成正装芯片，另一面形成倒装芯片。倒装芯片可以解决镜像垂直结构芯片的散热、电极不平及电极吸光等许多问题，从而使芯片的光效及稳定性得到极大的提高，且倒装芯片的PN电极在同一平面又减少了对后续封装的要求，提高了芯片的性能。且这种正装芯片与倒装芯片结合的方式制作出来的LED芯片无需通过电极引线将多颗芯片并联，因此减少了由于引线断裂而造成的芯片断路的问题，并且与多颗芯片集成在同一平面的芯片相比，在光的均匀性上有明显优势，能够使得垂直光强最大，可以解决由于芯片的并联造成光的色散现象的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型提供LED芯片的结构示意图；
图2为本实用新型提供LED芯片制造中的一结构示意图；
图3为本实用新型提供LED芯片制造中另一结构示意图；
图4为本实用新型提供LED芯片制造中再一结构示意图；
图5为本实用新型提供LED芯片制造中又一结构示意图；
图6为本实用新型提供LED芯片制造中又一结构示意图；
图7为本实用新型提供LED芯片制造中又一结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
图1为本实用新型提供LED芯片的结构示意图，如图1所示，该LED芯片100包括：
衬底1，衬底具有第一表面和与第一表面相反的第二表面。
举例来说，形成第一外延层的表面为第一表面，形成第二外延层的表面为第二表面。
第一表面上形成有至少一个刻蚀后的第一外延层12，刻蚀后的第一外延层12上形成有腐蚀后的钝化层16，刻蚀后的第一外延层12和腐蚀后的钝化层16上形成有第一预定形状的电极层22。
第二表面上形成有至少一个刻蚀后的第二外延层13，刻蚀后的第二外延层13上形成有刻蚀后的绝缘反射层17，刻蚀后的第二外延层13和刻蚀后的绝缘反射层17上形成有剥离后的导电反射层19，刻蚀后的第二外延层13、刻蚀后的绝缘反射层17和剥离后的导电反射层19上形成有腐蚀后的绝缘阻流层21，剥离后的导电反射层19和腐蚀后的绝缘阻流层21上形成有第二预定形状的键合金属层23，键合金属层23上设置有电极键合基板25，电极键合基板25上设置有与电极层相连接的电极引线24。
举例来说，衬底1上可以形成至少一个刻蚀后的第一外延层12与至少一个刻蚀后的第二外延层13刻蚀后的尺寸相同或不同。第一外延层12第二外延层13刻蚀后的尺寸不同与既可以是形成不同尺寸的第一外延层和第二外延层，也可以是形成相同尺寸的第一外延层和第二外延层刻蚀后的第一外延层12与刻蚀后的第二外延层13尺寸不同等。
优选的，衬底可以为双面抛光的图形化蓝宝石衬底PSS，厚度为50um-450um。衬底1的第一表面和第二表面上形成的第一外延层和第二外延层数目可以对应相等，位置可以中心对齐。
形成有第一预定形状的电极层22可以为CrAu、CrPtAu、CrNiAu等，其厚度在100nm-3000nm。第一预定形状可以为长方体或者圆柱体等，不以图示为限定。
进一步地，本实用新型实施例的LED芯片100是依据双外延垂直结构芯片提出的，可以将不同结构和尺寸的芯片集成于同一颗芯片上。第二表面即背面设计成倒装芯片，解决了镜像垂直结构芯片的散热、电极不平及电极吸光等许多问题，使芯片的光效、及稳定性得到了极大的提高。
举例来说，本实用新型提供的LED芯片100在制造过程中的不同结果如图2～7所示。
图2为本实用新型提供LED芯片制造中的一结构示意图，如图2所示，该LED芯片100包括：
第一N-GaN（N型GaN）层2，第一N-GaN层2上形成有第一发光层，第一发光层包括N-GaN层3和形成于N-GaN层3上的量子阱层4，第一发光层上形成有第一P-GaN（P型GaN）层5，以上第一N-GaN层2、N-GaN层3、量子阱层4和第一P-GaN层5组成第一外延层。
第二N-GaN层6，第二N-GaN层6上形成有第二发光层，第二发光层包括N-GaN层7和形成于N-GaN层7上的量子阱层8第二发光层上形成有第二P-GaN层9，以上第二N-GaN层6、N-GaN层7、量子阱层8和第二P-GaN层9组成第二外延层。
优选的，制成该芯片的步骤可以为在双面抛光的蓝宝石衬底上生长的第一外延层和第二外延层；在第一外延层上制作透明电极层；在第二外延层上制作透明电极层；两面分别进行感应耦合等离子体(Inductively CoupledPlasma，ICP)刻蚀；再在第二外延层上制作绝缘反射层；并在第二外延层上制作金属传导反射层；还在第一外延层与第二外延层上制作绝缘钝化层和电极层；最后切割制成LED芯片。
进一步地，图3为本实用新型提供LED芯片制造中另一结构示意图，LED芯片100在图3所示LED芯片的基础上，还可以包括：第一透明电极层10和第二透明电极层11，以及如图所示的刻蚀后的第一外延层12和刻蚀后的第二外延层13。
其中，第一透明电极层10和第二透明电极层11可以为透明导电薄膜，其厚度在10-50nm。
再进一步地，图4为本实用新型提供LED芯片制造中再一结构示意图，LED芯片100在图4所示LED芯片的基础上，还可以包括：腐蚀后的钝化层16和刻蚀后的绝缘反射层17。
其中，腐蚀后的钝化层16可以为SiO2，其厚度在100nm-1500nm，绝缘反射层可以是分布式布拉格反射镜（Distributed Bragg Reflection，DBR），DBR可以是SiO2或TiO2厚度在100nm-5000nm。
再进一步地，图5为本实用新型提供LED芯片制造中又一结构示意图，LED芯片100在图5所示LED芯片的基础上，还可以包括：剥离后的导电反射层19。
剥离后的导电反射层19可以为金属传导反射层，即CrAlCr、TiAlCr、TiAlTi、NiAgTi层等，其厚度在100nm-2000nm。
再进一步地，图6为本实用新型提供LED芯片制造中又一结构示意图，LED芯片100在图6所示LED芯片的基础上，还可以包括：腐蚀后的绝缘阻流层21。
举例来说，腐蚀后的绝缘阻流层21可以为氧化硅，其厚度在10nm-50nm。
其中，第一外延层厚度为1.2um-1.2um，钝化层为绝缘钝化层，厚度为100nm-1500nm，电极层可以是Cr或Au，其厚度为100nm-3000nm。
第二外延层的厚度为1.5um-3um；绝缘反射层为分布式布拉格反射镜DBR，厚度为100nm-5000nm；导电反射层厚度为100nm-2000nm。
再进一步地，图7为本实用新型提供LED芯片制造中又一结构示意图，LED芯片100在图7所示LED芯片的基础上，还可以包括：键合金属层23，该键合金属层23可以是Cr、Ni或Au。
其制作流程可以如下：首先在双面抛光的图形化蓝宝石衬底（PatternedSapphire Substrate，PSS)的第一表面生长第一外延层，第二表面生长第二外延层，通过外延生长，如金属有机化合物化学气相沉淀（Metal-organic ChemicalVapor Deposition，MOCVD）沉积在衬底上。发光外延层材料为氮化镓基化合物，一般包括：N-GaN层2/3/6/7、量子阱发光层4/8、P-GaN层5/9。
在上述芯片的基础上通过离子镀膜方式在第一外延层与第二外延层上蒸镀2300A的ITO透明电极层10/11，再通过光刻，实现ITO氧化铟锡薄膜图形化的腐蚀。腐蚀完通过ICP分别刻蚀第一外延层与第二外延层，第一外延层的刻蚀深度为1.2um-12um，第二外延层的刻蚀深度为1.5um-13um。
在上述芯片的基础上，在第一外延层上通过等离子增强化学气相沉淀法沉积2300A的氧化硅在芯片表面形成钝化层，并通过光刻留下电极区域图形。在第二外延层上通过E-Beam蒸镀DBR（4pairs-SiO2/TiO2），并通过光罩干法刻蚀留下图形。在上述芯片的基础上在第二外延层上通过E-Beam蒸镀TiAlCr，并通过剥离得到图形。在上述芯片的基础上通过等离子增强化学气相沉淀法沉积10000A的氧化硅在芯片表面形成绝缘阻流层20，通过光刻胶保护第一外延层的钝化层后，利用光罩、（Buffered Oxide Etch，BOE）腐蚀完成绝缘阻流层图形的制作。
在上述芯片的基础上在第一外延层通过E-Beam蒸镀电极CrAu，在第二外延层通过E-Beam蒸镀电极键合金属CrNiAu。
最后将完成的晶元通过隐形切割，裂片，制成本的3D垂直镜像LED芯片。
以封装制成7milx9mil的芯片为例，传统LED芯片的正常工作电流为20mA亮度为24mw，本实用新型的芯片相当于两颗LED芯片垂直并联其正常工作电流为40mA亮度为38mw，大幅提高了单颗LED芯片的亮度。
本实用新型实施例提供的LED芯片。该芯片包括：衬底，衬底具有第一表面和与第一表面相反的第二表面；第一表面上形成有至少一个刻蚀后的第一外延层，刻蚀后的第一外延层上形成有腐蚀后的钝化层，刻蚀后的第一外延层和腐蚀后的钝化层上形成有第一预定形状的电极层；第二表面上形成有至少一个刻蚀后的第二外延层，刻蚀后的第二外延层上形成有刻蚀后的绝缘反射层，刻蚀后的第二外延层和刻蚀后的绝缘反射层上形成有剥离后的导电反射层，刻蚀后的第二外延层、刻蚀后的绝缘反射层和剥离后的导电反射层上形成有腐蚀后的绝缘阻流层，剥离后的导电反射层和腐蚀后的绝缘阻流层上形成有第二预定形状的键合金属层，键合金属层上设置有电极键合基板，电极键合基板上设置有与电极层相连接的电极引线。这样一来，可以将不同结构和尺寸的LED芯片集成于同一衬底上，一面形成正装芯片，另一面形成倒装芯片。倒装芯片可以解决镜像垂直结构芯片的散热、电极不平及电极吸光等许多问题，从而使芯片的光效及稳定性得到极大的提高，且倒装芯片的PN电极在同一平面又减少了对后续封装的要求，提高了芯片的性能。且这种正装芯片与倒装芯片结合的方式制作出来的LED芯片无需通过电极引线将多颗芯片并联，因此减少了由于引线断裂而造成的芯片断路的问题，并且与多颗芯片集成在同一平面的芯片相比，在光的均匀性上有明显优势，能够使得垂直光强最大，可以解决由于芯片的并联造成光的色散现象的问题。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种LED芯片，其特征在于，包括：
衬底，所述衬底具有第一表面和与所述第一表面相反的第二表面；
所述第一表面上形成有至少一个刻蚀后的第一外延层，所述刻蚀后的第一外延层上形成有腐蚀后的钝化层，所述刻蚀后的第一外延层和所述腐蚀后的钝化层上形成有第一预定形状的电极层；
所述第二表面上形成有至少一个刻蚀后的第二外延层，所述刻蚀后的第二外延层上形成有刻蚀后的绝缘反射层，所述刻蚀后的第二外延层和所述刻蚀后的绝缘反射层上形成有剥离后的导电反射层，所述刻蚀后的第二外延层、所述刻蚀后的绝缘反射层和剥离后的导电反射层上形成有腐蚀后的绝缘阻流层，所述剥离后的导电反射层和所述腐蚀后的绝缘阻流层上形成有第二预定形状的键合金属层，所述键合金属层上设置有电极键合基板，所述电极键合基板上设置有与所述电极层相连接的电极引线。
2.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述至少一个刻蚀后的第一外延层与所述至少一个刻蚀后的第二外延层刻蚀后的尺寸相同或不同。
3.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，
所述第一外延层包括：第一N-GaN层，所述第一N-GaN层上形成有第一发光层，所述第一发光层上形成有第一P-GaN层；
所述第二外延层包括：第二N-GaN层，所述第二N-GaN层上形成有第二发光层，所述第二发光层上形成有第二P-GaN层；
其中，所述发光层包括N-GaN层和形成于所述N-GaN层上的量子阱层。
4.根据权利要求1～3任一项所述的LED芯片，其特征在于，
所述衬底为双面抛光的图形化蓝宝石衬底PSS，厚度为50um-450um。
5.根据权利要求1～3任一项所述的LED芯片，其特征在于，
所述第一外延层厚度为1.2um-1.2um，所述钝化层为绝缘钝化层，厚度为100nm-1500nm，所述电极层厚度为100nm-3000nm。
6.根据权利要求1～3任一项所述的LED芯片，其特征在于，
所述第二外延层的厚度为1.5um-3um；所述绝缘反射层为分布式布拉格反射镜DBR，厚度为100nm-5000nm；所述导电反射层厚度为100nm-2000nm；所述绝缘阻流层厚度为10-50nm。
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2013
- 2013-12-09 CN CN201320804187.1U patent/CN203607447U/zh not_active Expired - Lifetime
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