一種雙面發光LED晶片及其製作方法與流程

2024-03-31 16:57:05

本發明涉及一種led晶片，具體地涉及一種雙面發光led晶片及其製作方法。

背景技術：

在現有的led封裝技術中，通常是將單面發光的晶片正裝在散熱基板或者散熱支架上，單面發光的晶片通常是在藍寶石襯底的一個面進行pn結結構的製作，然後通過電極製作，金屬引線的方式正裝到散熱基板上，也有通過倒裝的方式，將晶片上的電極倒裝焊接到散熱基板上的。但總而言之，晶片的發光面單一，出光效率不高。

中國專利文獻cn204696145公開了一種雙面發光led晶片，包括襯底以及位於襯底上的外延結構，所述外延結構包括位於襯底上的n型半導體層、位於n型半導體層上且相互分離設置的第一多量子阱發光層和第二多量子阱發光層、以及分別位於第一多量子阱發光層和第二多量子阱發光層上的第一p型半導體層和第二p型半導體層，所述n型半導體層上設置有n電極，所述第一p型半導體層和第二p型半導體層上分別設置有第一p電極和第二p電極。通過在同一襯底上形成兩個相互分離的led發光個體，通過一組晶片實現led雙面發光效果，該種方法從嚴格意義上來講還是單面發光，雖然可以從一定程度上提高發光效率，但是散熱效果差，使用壽命低。

技術實現要素：

針對上述現有技術存在的技術問題，本發明目的是：提供了一種雙面發光led晶片及其製備方法，通過對透明襯底片的上下表面進行發光外延結構製備，改變傳統單面發光結構模式，使其出光效率提高了一倍，大大提高了亮度。同時又將正裝和倒裝相結合的方式，優化了封裝結構，在提高出光效率的同時，又改善了晶片的散熱。

本發明的技術方案是：

一種雙面發光led晶片，包括：

一透明襯底，由透明材料製成，具有一第一表面以及與該第一表面相對的一第二表面，所述第一表面和第二表面經過拋光或圖形化處理；

一第一晶片外延結構層，外延生長於第一表面；

一第二晶片外延結構層，外延生長於第二表面；

所述第一晶片外延結構層和所述第二晶片外延結構層對稱分布，所述第一晶片外延結構層包括第一p型半導體層和第一n型半導體層，所述第二晶片外延結構層包括第二p型半導體層和第二n型半導體層；

所述第一晶片外延結構層上設置有p型電流擴散層，所述p型電流擴散層上設置有一小面積第一p型電極，所述第一n型半導體層上設置有一第一n型電極；

所述第二晶片外延結構層的第二p型半導體層上設置有一大面積第二p型電極，所述第二n型半導體層上設置有一第二n型電極。

優選的，所述透明襯底由藍寶石、氮化鎵、氮化鋁中的一種或者多種合成。

優選的，所述透明襯底的厚度為100～650微米。

優選的，所述p型電流擴散層由銦錫氧化物、氟錫氧化物、鋇錫氧化物或石墨烯中的一種或者多種合成。

本發明還公開了一種雙面發光led晶片的封裝結構，包括雙面發光led晶片和封裝基板，所述封裝基板包括電路層，所述電路層設置有第二正電極、第二負電極、第一正電極和第一負電極，所述第一正電極和第一負電極分別設置在第二正電極和第二負電極的兩側，所述第二p型電極焊接於第二正電極，所述第二n型電極焊接於第二負電極，所述第一p型電極和第一n型電極分別通過金屬引線連接第一正電極和第一負電極，所述雙面發光led晶片的外圍通過矽膠或者環氧樹脂包裹封裝於封裝基板。

優選的，所述封裝基板的電路層下方設置有絕緣層和散熱基板。

本發明又公開了一種雙面發光led晶片的製作方法，包括以下步驟：

（1）對透明襯底的兩個表面進行拋光或圖形化處理；

（2）在透明襯底的第一表面依次外延生長第一n型半導體層和第一p型半導體層，在第二表面依次外延生長第二n型半導體層和第二p型半導體層；

（3）在第一p型半導體層表面刻蝕至第一n型半導體層表面的第一n型電極窗口區，在第二p型半導體層表面刻蝕至第二n型半導體層表面的第二n型電極窗口區；

（4）用透明導電材料在第一p型半導體層沉積p型電流擴散層；

（5）在p型電流擴散層上製備一小面積第一p型電極，在第一n型電極窗口區製備第一n型電極，在第二p型半導體層表面製備一大面積第二p型電極，在第二n型電極窗口區製備第二n型電極。

優選的，所述透明襯底由藍寶石、氮化鎵、氮化鋁中的一種或者多種合成。

優選的，所述p型電流擴散層由銦錫氧化物、氟錫氧化物、鋇錫氧化物或石墨烯中的一種或者多種合成。

優選的，還包括，將雙面發光led晶片封裝在封裝基板上，所述封裝基板包括電路層，所述電路層設置有第二正電極、第二負電極、第一正電極和第一負電極，所述第一正電極和第一負電極分別設置在第二正電極和第二負電極的兩側；

將第二p型電極焊接於第二正電極，將第二n型電極焊接於第二負電極，第一p型電極和第一n型電極分別通過金屬引線連接第一正電極和第一負電極；

雙面發光led晶片的外圍通過矽膠或者環氧樹脂包裹封裝於封裝基板。

與現有技術相比，本發明的優點是：

通過對透明襯底片的上下表面進行發光外延結構製備，改變傳統單面發光結構模式，使其出光效率提高了一倍，大大提高了亮度。同時又將正裝和倒裝相結合的方式，優化了封裝結構，在提高出光效率的同時，又改善了晶片的散熱。封裝結構設計合理，可廣泛應用於半導體固體照明等節能環保領域。

附圖說明

下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述：

圖1是本發明的晶片外延結構示意圖；

圖2是本發明n型電極窗口區結構示意圖；

圖3是本發明晶片電極結構示意圖；

圖4是晶片封裝結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明了，下面結合具體實施方式並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。應該理解，這些描述只是示例性的，而並非要限制本發明的範圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結構和技術的描述，以避免不必要地混淆本發明的概念。

實施例：

一種雙面發光led晶片的製備方法，包括如下步驟：

（1）選用藍寶石、氮化鎵、氮化鋁材料中的一種或者以上材料的多元複合體作為外延生長的透明襯底1。透明襯底1的厚度範圍選在100～650微米。透明襯底1的上下表面進行拋光或圖形化。

（2）通過金屬有機物化學氣相沉積（mocvd）的方法在透明襯底1的第一表面依次外延生長第一n型半導體層2和第一p型半導體層3，在第二表面依次外延生長第二n型半導體層5和第二p型半導體層4，如圖1所示。

（3）利用光刻、顯影、刻蝕等半導體工藝技術依次在第一p型半導體層3和第一n型半導體層2表面刻蝕，直至刻蝕出第一n型電極窗口區6，依次在第二p型半導體層4和第二n型半導體層5表面刻蝕，直至刻蝕出第二n型電極窗口區7，如圖2所示。第一n型電極窗口區6和第二n型電極窗口區7設置在晶片的邊角，可以對稱布置。

（4）用透明導電材料在第一p型半導體層表面沉積p型電流擴散層8；透明導電材料為銦錫氧化物、氟錫氧化物、鋇錫氧化物或者石墨烯等導電透明材料中的一種或多種合成材料。p型電流擴散層8主要用於第一p型半導體層中電流密度分布均勻。

（5）在p型電流擴散層8上製備一小面積第一p型電極9，在第一n型電極窗口區6製備第一n型電極10，在第二p型半導體層表面製備一大面積第二p型電極11，在第二n型電極窗口區製備第二n型電極12。第一p型電極9的面積較小，可以與第一n型電極10、第二n型電極12的大小相當，第二p型電極11比第一p型電極9的面積大，可以與第二p型半導體層4相當。

p型電極和n型電極的材料為鉻、鉑、金、鎳、鈦、銅、銦、錫、鉛、銀等金屬材料中的一種或者多種合成物。用合金的工藝方法，使各電極區金屬層間形成歐姆接觸。如圖3所示。

接下來將雙面發光led晶片封裝在封裝基板上。

如圖4所示，封裝基板20包括電路層13，電路層13下方設置有絕緣層19和散熱基板17。電路層13設置有第二正電極21、第二負電極22、第一正電極23和第一負電極24，第一正電極23和第一負電極24分別設置在第二正電極21和第二負電極22的兩側。

將第二p型電極11焊接於第二正電極21，將第二n型電極12焊接於第二負電極22，第一p型電極9和第一n型電極10分別通過金屬引線16連接第一正電極23和第一負電極24。焊接為共晶合金焊接，共晶合金工藝中的焊料18為金、銦、鉛、銀、錫中的一種或多種合成物

將雙面發光led晶片的外圍通過矽膠或者環氧樹脂30包裹封裝於封裝基板20。

本發明方法所製備的led晶片，採用正反雙面發光，比傳統晶片亮度高，其封裝結構設計合理，散熱效果好，適合大規模批量生產，可廣泛應用於半導體固體照明等節能環保領域。

應當理解的是，本發明的上述具體實施方式僅僅用於示例性說明或解釋本發明的原理，而不構成對本發明的限制。因此，在不偏離本發明的精神和範圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。此外，本發明所附權利要求旨在涵蓋落入所附權利要求範圍和邊界、或者這種範圍和邊界的等同形式內的全部變化和修改例。