一種帶有襯底聚光反射鏡的led晶片及其製作方法

2023-05-08 09:47:36

專利名稱：一種帶有襯底聚光反射鏡的led晶片及其製作方法
技術領域：
本發明涉及一種LED晶片及其製作方法，具體的說涉及一種帶有襯底聚光反射鏡 的LED晶片及其製作方法，屬於LED晶片製造及LED照明領域。
背景技術：
近幾年隨著世界範圍內的節能環保概念興起，LED晶片技術得到迅猛發展，氮化物 半導體LED晶片發光效率提高很快，以藍光LED晶片作為激發源的白光LED單燈光源效率 已達到130流明/瓦以上，遠遠超過了普通節能燈的光效，LED技術已開始全面進入通用照 明市場。隨著LED應用範圍的進一步擴大，對LED器件發光效率的要求也越來越高。如附圖1所示，現有的藍光LED晶片結構包括襯底1，所述襯底1由Al2O3晶體材質 的藍寶石、SiC、Si或GaN晶體材料構成，GaN半導體緩衝層2，n型AlJnyGai_x_yN(0彡χ彡1， O^y^ 1)材料的半導體結構3，GaN/lnyGai_yN(0 ^ y ^ 1)量子阱結構的光發射結構4及 ρ型AlxIny(iai_x_yN(0彡χ彡1，0彡y彡1)材料的半導體結構5，其中襯底i的厚度為20-450 微米，η型半導體結構3可以由一層AlJrvGh^NO)彡χ彡1，0彡y彡1)材料層或多層不 同組份的ΑΜηρ^ΝΟ)彡χ彡1，0彡y彡1)材料層構成，光發射結構4可以由一對或多 對量子阱結構成，P型的半導體結構5可以由一層AlJnyGai_x_yN(0彡χ彡^ 1)材 料層或多層不同組份的AlJnPmNO)彡χ彡1，0彡y彡1)材料層構成，ρ型的半導體結 構5、光發射結構4和η型的半導體結構3的總共厚度為1 10微米。LED晶片中發光結構4中所發出的光在晶片各個方向上，包括LED晶片的表面、底 面和側面，其中射向晶片上表面6和晶片下表面7的出射光佔了整體發光的75%以上。由 於目前的LED晶片製造、封裝技術中所採用的方式都是將LED晶片平行封裝在封裝平臺上。如附圖2所示，晶片的下表面7與封裝平臺10的表面貼合，因而在這種情況下，射 向晶片襯底下表面7與封裝平臺10交界面的光將無法獲得有效地利用而造成光損失。為 有效利用LED光發射結構4的出射光，目前常用方法是在襯底的下表面7製作一層高反射 率的反射鏡將射向襯底下表面7的出射光反射到別的方向，其中大部分的反射光是回到芯 片上表面6出射，但是由於全反射角的限制，這一部分光中只有在全反射角內的部分才能 夠從LED中真正出射。因而如果我們能夠將從LED晶片下表面7反射的光儘可能的匯聚到此全反射角 內，就能夠使得晶片的出光效率獲得極大的提升，所以問題就歸結到了如何匯聚LED晶片 下表面7的反射光，這就促進了本發明的提出。

發明內容
本發明要解決的問題是提供一種帶有襯底聚光反射鏡的LED晶片，能夠最有效的 匯聚LED襯底下表面的反射光，使這些反射光匯聚到LED上表面的全反射角內，從而最大限 度的提升晶片的出光效率。為了解決上述問題，本發明採用以下技術方案
一種帶有襯底聚光反射鏡的LED晶片，包括晶片上表面和晶片下表面，所述晶片 下表面上設有具有對入射光反射後起到會聚作用的聚光反射鏡陣列。以下是本發明對上述方案的進一步改進所述聚光反射鏡陣列包括若干個同一類型的聚光反射鏡。進一步改進所述聚光反射鏡陣列為矩形陣列。進一步改進所述聚光反射鏡的橫向截面為矩形、縱向剖面為倒梯型。所述聚光反射鏡陣列包括若干個縱橫交錯的切割道，相鄰交叉的切割道之間形成 聚光反射鏡。進一步改進所述切割道的間距為0. 06 0. 4mmX0. 06 0. 4mm，切割道深度為5 30 μ m。另一種改進所述聚光反射鏡的橫向截面為圓形、縱向剖面為倒梯型。進一步改進所述聚光反射鏡位於晶片下表面上的直徑為50μπι，其深度為ΙΟμπι，相鄰的聚光 反射鏡之間的間距為50 μ m。另一種改進所述聚光反射鏡陣列包括若干個不同類型的聚光反射鏡。進一步改進所述若干個聚光反射鏡的縱向截面是倒錐型、半球型、雙曲型、倒梯型或折面型中 的其中至少任兩種的組合。另一種改進所述聚光反射鏡的外壁上蒸鍍有高反射率光學反射膜。進一步改進所述高反射率光學反射膜由高反射率金屬材料製成，所述高反射率金屬材料為Al 或Ag。另一種改進所述高反射率光學反射膜由介質材料Si02、Si、Ti02、MgF2、A1203其中至少任兩 種組合組成的分布布拉格反射鏡構成。本發明還提供一種帶有襯底聚光反射鏡的LED晶片的製作方法，包括以下步驟 首先採用金剛石切割刀對晶片下表面進行切割製成縱橫交錯的切割道，相鄰交叉的切割道 之間形成聚光反射鏡，若干個聚光反射鏡組成聚光反射鏡陣列。本發明還提供另一種帶有襯底聚光反射鏡的LED晶片的製作方法，包括以下步 驟首先採用雷射切割對晶片下表面進行切割製成縱橫交錯的切割道，相鄰交叉的切割道 之間形成聚光反射鏡，若干個聚光反射鏡組成聚光反射鏡陣列。本發明還提供第三種帶有襯底聚光反射鏡的LED晶片的製作方法，包括以下步 驟包括以下步驟首先通過光刻在晶片下表面上製作若干個直徑為50微米的圓形保護 膜，然後應用磷酸系列的混合腐蝕液在250攝氏度的溫度下對晶片下表面上圓形保護膜以外的區域進行刻蝕，刻蝕深度10微米，由此製作出聚光反射鏡陣列。本發明還提供第四種帶有襯底聚光反射鏡的LED晶片的製作方法，包括以下步 驟包括以下步驟，首先通過光刻在晶片下表面上製作若干個直徑為50微米的圓形保護 膜，然後採用等離子體刻蝕設備對晶片下表面上圓形保護膜以外的區域進行刻蝕，刻蝕深 度10微米，由此製作出聚光反射鏡陣列。本發明採取以上技術方案，與現有技術相比，具有以下優點LED晶片發光結構發出的光經襯底下表面的聚光反射鏡反射後會有更多的光匯聚 到晶片上表面的全反射角內從晶片內出射，從而提高了 LED晶片的出光效率，通過試驗證 明，45mil尺寸晶片的出光效率可以獲得8%以上的提升，而55mil尺寸晶片的出光效率可 以獲得13%以上的提升。因而本發明所製作的LED晶片將比一般的沒有本發明所使用的襯底聚光反射鏡 的LED晶片獲得更高的光效。同時，通過襯底聚光反射鏡陣列的製作也可以增加一部分器 件的散熱面積，從而進一步提升器件的性能。下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。


附圖1是本發明背景技術中傳統藍光LED晶片的結構示意圖；附圖2是本發明背景技術中傳統藍光LED晶片安裝在封裝平臺上的結構示意圖；附圖3是本發明實施例中帶有襯底聚光反射鏡陣列的藍光LED晶片的結構示意 圖；附圖4是本發明實施例1中採用的金剛石切割刀楔形刀頭的結構示意圖；附圖5是本發明實施例1中LED晶片下表面上切割道的結構示意圖；附圖6是本發明實施例1和2中聚光反射鏡陣列的結構示意圖；附圖7是本發明實施例3和4中聚光反射鏡陣列的結構示意圖。圖中1-襯底；2-GaN半導體緩衝層；3-半導體結構；4_光發射結構；5_半導體結 構；6-晶片上表面；7-晶片下表面；8-聚光反射鏡陣列；9-高反射率光學反射膜；10-封裝平臺ο
具體實施例方式實施例1，如圖3所示，一種帶有襯底聚光反射鏡的LED晶片，包括襯底1，所述襯 底1的上側依次固接有GaN半導體緩衝層2，半導體結構3和光發射結構4及半導體結構5， 半導體結構5的上側為晶片上表面6，襯底1的下側為晶片下表面7，所述晶片下表面7上 設有具有對入射光反射後起到會聚作用的聚光反射鏡陣列8，所述聚光反射鏡陣列8為矩 形陣列。所述聚光反射鏡陣列8包括若干個同一類型的聚光反射鏡，所述聚光反射鏡的橫 向截面為矩形、縱向剖面為倒梯型，所述聚光反射鏡的外壁上蒸鍍有高反射率光學反射膜 9。 上述LED晶片的製作方法是 首先利用金剛石切割刀如附圖4所示的楔形刀頭剖面，通過它在LED晶片襯底下表面7上切割出如附圖5所示的縱橫交錯的切割道，這樣相鄰交叉的切割道之間就構成了 如附圖6所示的形成聚光反射鏡組成聚光反射鏡陣列8。然後在聚光反射鏡的外表面蒸鍍高反射率金屬材料Al的高反射光學反射膜9，進 一步提升聚光反射鏡陣列的反射效果，通過調整切割道的間距以及切割道的深度，我們制 作了三種不同的倒梯形聚光反射鏡陣列，如下所述I型切割道間距0. 1mmXO. 1mm,切割道深度10微米；II型切割道間距0. 06mmX0. 06mm,切割道深度5微米；III型切割道間距0. 06mmX0. 06mm，切割道深度10微米；IV型切割道間距0. 4mmX0. 4mm,切割道深度30微米；同時，為了驗證聚光反射 鏡陣列對不同尺寸的LED晶片的影響差異，我們將上述三種類型的倒梯形聚光反射鏡陣列 製作到45mil尺寸和55mil尺寸的晶片上，具體測試結果如表1所示
權利要求
1.一種帶有襯底聚光反射鏡的LED晶片，包括晶片上表面(6)和晶片下表面(7)，其特徵在於所述晶片下表面(7)上設有具有對入射光反射後起到會聚作用的聚光反射鏡陣列 ⑶。
2.如權利要求1所述的一種帶有襯底聚光反射鏡的LED晶片，其特徵在於所述聚光 反射鏡陣列(8)包括若干個同一類型的聚光反射鏡。
3.如權利要求2所述的一種帶有襯底聚光反射鏡的LED晶片，其特徵在於所述聚光 反射鏡陣列(8)為矩形陣列。
4.如權利要求3所述的一種帶有襯底聚光反射鏡的LED晶片，其特徵在於所述聚光 反射鏡的橫向截面為矩形、縱向剖面為倒梯型。
5.如權利要求4所述的一種帶有襯底聚光反射鏡的LED晶片，其特徵在於所述聚光 反射鏡陣列(8)包括若干個縱橫交錯的切割道，相鄰交叉的切割道之間形成聚光反射鏡。
6.如權利要求5所述的一種帶有襯底聚光反射鏡的LED晶片，其特徵在於所述切割 道的間距為0. 06 0. 4mmX0. 06 0. 4mm，切割道深度為5 30 μ m。
7.如權利要求3所述的一種帶有襯底聚光反射鏡的LED晶片，其特徵在於所述聚光 反射鏡的橫向截面為圓形、縱向剖面為倒梯型。
8.如權利要求7所述的一種帶有襯底聚光反射鏡的LED晶片，其特徵在於所述聚光 反射鏡位於晶片下表面(7)上的直徑為50μπι，其深度為ΙΟμπι，相鄰的聚光反射鏡之間的 間距為50 μ m。
9.如權利要求1所述的一種帶有襯底聚光反射鏡的LED晶片，其特徵在於所述聚光 反射鏡陣列(8)包括若干個不同類型的聚光反射鏡。
10.如權利要求9所述的一種帶有襯底聚光反射鏡的LED晶片，其特徵在於所述若干 個聚光反射鏡的縱向截面是倒錐型、半球型、雙曲型、倒梯型或折面型中的其中至少任兩種 的組合。
11.如權利要求2-10其中之一所述的一種帶有襯底聚光反射鏡的LED晶片，其特徵在 於所述聚光反射鏡的外壁上蒸鍍有高反射率光學反射膜(9)。
12.如權利要求11所述的一種帶有襯底聚光反射鏡的LED晶片，其特徵在於所述高 反射率光學反射膜(9)由高反射率金屬材料製成。
13.如權利要求12所述的一種帶有襯底聚光反射鏡的LED晶片，其特徵在於所述高 反射率金屬材料為Al或Ag。
14.如權利要求11所述的一種帶有襯底聚光反射鏡的LED晶片，其特徵在於所述高 反射率光學反射膜(9)由介質材料Si02、Si、Ti02、MgF2、A1203中的至少任兩種組合組成 的分布布拉格反射鏡構成。
15.一種如權利要求1 6其中之一所述的帶有襯底聚光反射鏡的LED晶片的製作方 法，其特徵在於包括以下步驟首先採用金剛石切割刀對晶片下表面(7)進行切割製成縱 橫交錯的切割道，相鄰交叉的切割道之間形成聚光反射鏡，若干個聚光反射鏡組成聚光反 射鏡陣列⑶。
16.一種如權利要求1 6其中之一所述的帶有襯底聚光反射鏡的LED晶片的製作方 法，其特徵在於包括以下步驟首先採用雷射對晶片下表面(7)進行切割製成縱橫交錯的 切割道，相鄰交叉的切割道之間形成聚光反射鏡，若干個聚光反射鏡組成聚光反射鏡陣列(8)。
17.—種如權利要求7或8所述的帶有襯底聚光反射鏡的LED晶片的製作方法，其特徵 在於包括以下步驟首先通過光刻在晶片下表面(7)上製作若干個直徑為50微米的圓形 保護膜，然後應用磷酸系列的混合腐蝕液在250攝氏度的溫度下對晶片下表面(7)上圓形 保護膜以外的區域進行腐蝕，腐蝕深度10微米，由此製作出聚光反射鏡陣列(8)。
18.—種如權利要求7或8所述的帶有襯底聚光反射鏡的LED晶片的製作方法，其特 徵在於包括以下步驟，首先通過光刻在晶片下表面(7)上製作若干個直徑為50微米的圓 形保護膜，然後採用等離子體刻蝕設備對晶片下表面(7)上圓形保護膜以外的區域進行刻 蝕，刻蝕深度10微米，由此製作出聚光反射鏡陣列⑶。
全文摘要
本發明公開了一種帶有襯底聚光反射鏡的LED晶片，包括晶片上表面和晶片下表面，所述晶片下表面上設有具有對入射光反射後起到會聚作用的聚光反射鏡陣列，其製作方法是通過金剛石切割刀或雷射切割在晶片下表面進行切割製成縱橫交錯的切割道，相鄰交叉的切割道之間形成聚光反射鏡，若干個聚光反射鏡組成聚光反射鏡陣列，或是通過光刻在晶片下表面上製作若干個圓形保護膜，然後採用磷酸系列的混合腐蝕液或等離子體刻蝕設備對晶片下表面上圓形保護膜以外的區域進行刻蝕，由此製作出聚光反射鏡陣列，本發明LED晶片能夠獲得更高的光效，同時，通過襯底聚光反射鏡陣列的製作也可以增加一部分器件的散熱面積，從而進一步提升器件的性能。
文檔編號H01L33/46GK102148324SQ201110024650
公開日2011年8月10日 申請日期2011年1月24日 優先權日2011年1月24日
發明者劉凱, 單志輝, 孫卜序, 孫夕慶, 張彥偉 申請人:中微光電子(濰坊)有限公司