倒装LED芯片结构制造技术

本实用新型专利技术提供一种倒装LED芯片结构，采用双面图形化衬底，所述双面图形化衬底两个相对的表面上设置具有聚光作用的微透镜阵列，从而在不影响LED外延层晶体质量的前提下，提高倒装LED芯片的发光亮度和轴向发光亮度。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于半导体光电芯片制造领域，尤其涉及一种倒装LED芯片结构。
技术介绍
GaN基LED自从20世纪90年代初商业化以来，经过二十几年的发展，其结构已趋于成熟和完善，已能够满足人们现阶段对灯具装饰的需求；但要完全取代传统光源进入照明领域，发光亮度的提高却是LED行业科研工作者永无止境的追求。在内量子效率(已接近100% )可提高的空间有限的前提下，LED行业的科研工作者把目光转向了外量子效率，提出了可提高光提取率的多种技术方案和方法，例如图形化衬底技术、侧壁粗化技术、DBR技术、优化电极结构、在衬底或透明导电膜上制作二维光子晶体等。其中图形化衬底最具成效，尤其是2010年以来，在政府各种政策的激励和推动下，无论是锥状结构的干法图形化衬底技术还是金字塔形状的湿法图形化衬底技术都得到了飞速的发展，其工艺已经非常成熟，并于2012年完全取代了平衬底，成为LED芯片的主流衬底，使LED的晶体结构和发光亮度都得到了革命性的提高。从结构上讲，LED芯片有LED芯片和倒装LED芯片之分，对于正装芯片而言，图形化衬底技术是利用PSS图形将从发光区射向衬底的光通过不同面反射回去，提高光的逸出概率，提高芯片的出光效率。但是，对于倒装芯片而言，就不需要将光反射回去，而是需要尽可能多的光透射穿过衬底。相比LED芯片，倒装芯片可以解决散热难的问题，商业化的LED芯片大多生长的蓝宝石衬底上，然后将其固定在封装支架上，这样的LED芯片主要通过传导散热，而蓝宝石衬底由于较厚，所以热量难于导出，热量聚集在芯片会影响芯片可靠性，增加光衰和减少芯片寿命；光效低的问题，电极挡光，会减少芯片的出光；电流拥挤会增加芯片的电压，这些都会降低芯片的光效；封装复杂的问题，单个LED芯片的电压为3V左右，因此需要变压或者将封装将其串联，这些都增加了封装和应用的难度，工艺难度加大，使整个芯片的可靠性变差。有如此之多优势的倒装结构将成为未来能大幅提高LED发光亮度的最有前途的GaN基LED的结构，然而倒装结构的LED芯片是在N面出光的，一方面由于蓝宝石的折射率低于氮化镓的折射率，所以外延层射出来的光会在蓝宝石和衬底界面上发生全反射，导致较多的光不能出来，减少出光效率；另一方面由于生长衬底表面图形的存在，在衬底和外延层的交界面处将会使较多的光再次从N面反向P面，进一步影响了倒装LED芯片的出光效率，如果倒装芯片不使用图形化衬底，而是用平坦的衬底，则将会严重影响外延层的晶体质量。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种倒装LED芯片结构，在不影响LED外延层晶体质量的前提下，提高倒装LED芯片的发光亮度。为了解决上述问题，本技术提供一种倒装LED芯片结构，包括:具有相对的第一表面和第二表面的衬底，形成于所述衬底的第一表面上阵列排布的第一微透镜结构，形成于所述衬底的第二表面上阵列排布的第二微透镜结构，所述第一微透镜结构和第二微透镜结构关于所述衬底对称分布；形成于所述第一表面上的外延层，所述外延层包括依次形成的N型外延层、有源层和P型外延层；形成于所述外延层中并暴露所述N型外延层的凹槽；形成于所述凹槽的侧壁上的侧壁保护层；形成于所述P型外延层上的P电极，形成于所述凹槽中的N电极；倒装LED基板，包括多个间隔分布的第一基板和第二基板以及用于绝缘隔离所述第一基板和第二基板的绝缘隔离板，第一基板均与正极引线电连接，第二基板均与一负极引线电连接，所述第一基板对应于所述P电极，所述第二基板对应于所述N电极，所述绝缘隔离板插入所述P电极与N电极之间的缝隙。可选的，在所述的倒装LED芯片结构中，所述衬底为蓝宝石衬底或碳化硅衬底。可选的，在所述的倒装LED芯片结构中，所述第一微透镜结构和第二微透镜结构的形状和尺寸相同。可选的，在所述的倒装LED芯片结构中，所述第一微透镜结构和第二微透镜结构均为半球型或半椭球型结构。与现有技术相比，本技术提供一种倒装LED芯片结构，所述倒装LED芯片采用双面图形化衬底，所述双面图形化衬底两个相对的表面上设置具有聚光作用的微透镜阵列，从而在不影响LED外延层晶体质量的前提下，提高倒装LED芯片的发光亮度和轴向发光亮度。【附图说明】参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本技术。为了清楚起见，图中各个层的相对厚度以及特定区的相对尺寸并没有按比例绘制。在附图中:图1?12是本技术实施例中倒装LED芯片结构制作过程中的剖面示意图；图13是本技术实施例中倒装LED芯片结构制作方法的流程示意图。【具体实施方式】在针对
技术介绍
提到的问题的研宄中，本申请的专利技术人发现，有必要根据倒装芯片的特殊性，将双面图形化衬底结构用于倒装LED芯片的制作，这可以在不影响LED外延层晶体质量的前提下，减少从外延层射向衬底的光的反射，增加其透射，提高出光效率和发光亮度。进一步发现，若将图形设计为具有聚光作用的微透镜阵列结构，将进一步提高倒装LED芯片的轴向发光亮度。具体如图13所示，结合图1至图12，一种倒装LED芯片结构，包括:具有相对的第一表面和第二表面的衬底10 ；形成于所述第一表面上阵列排布的第一微透镜结构11以及形成于所述第二表面上阵列排布的第二微透镜结构12，所述第一微透镜结构11和第二微透镜结构12的形状和尺寸相同，且所述第一微透镜结构11和第二微透镜结构12关于所述衬底10对称分布；形成于所述第一表面上的外延层，所述外延层包括依次形成的N型外延层21、有源层22和P型外延层23 ；形成于所述外延层中并暴露所述N型外延层21的凹槽30以及形成于所述凹槽30的侧壁上的侧壁保护层40 ；形成于P型外延层23上的P电极51以及形成于凹槽30中的N电极52，所述P电极51与N电极52之间具有一缝隙；倒装LED基板60，包括多个间隔分布的第一基板61和第二基板62以及用于绝缘隔离所述第一基板61和第二基板62的绝缘隔离板63，多个第一基板61均与正极引线电连接，多个第二基板62均与负极引线电连接，所述第一基板61对应于所述P电极51，所述第二基板62对应于所述N电极52，所述绝缘隔离板63插入P电极51与N电极52之间的缝隙。所述第一微透镜结构11和第二微透镜结构12是指具有聚光作用的半球型或半椭球型结构，所述倒装LED芯片采用双面图形化衬底，并所述双面图形化衬底两个相对的表面上设置具有聚光作用的微透镜阵列，从而在不影响LED外延层晶体质量的前提下，提高倒装LED芯片的发光亮度和轴向发光亮度。其中，所述第二微透镜结构与第一微透镜结构以衬底10为中心对称分布，即第二微透镜结构的中心与第一微透镜结构的中心的连线垂直于衬底10，可进一步提高倒装LED芯片的发光亮度。本技术还提供一种倒装LED芯片结构的制作方法，包括:S1:提供一具有相对的第一表面和第二表面的衬底，所述衬底的第一表面上形成有阵列排布的第一微透镜结构；S2:在所述衬底的第一表面上形成外延层，所述外延层包括依次形成的N型外延层、有源层和P型外延层；S3:在所述外延层中形成多个暴露所述N型外延层的凹槽，并在所述凹槽的侧壁上形成侧壁保护层；S4:在所述P型外延层上形成P电极，在所述凹槽中形成N电极，以完成LED芯片的制作；S5:提供一倒装LED基板，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种倒装LED芯片结构，其特征在于，包括：具有相对的第一表面和第二表面的衬底，形成于所述衬底的第一表面上阵列排布的第一微透镜结构，形成于所述衬底的第二表面上阵列排布的第二微透镜结构，所述第一微透镜结构和第二微透镜结构关于所述衬底对称分布；形成于所述第一表面上的外延层，所述外延层包括依次形成的N型外延层、有源层和P型外延层；形成于所述外延层中并暴露所述N型外延层的凹槽；形成于所述凹槽的侧壁上的侧壁保护层；形成于所述P型外延层上的P电极，形成于所述凹槽中的N电极；倒装LED基板，包括多个间隔分布的第一基板和第二基板以及用于绝缘隔离所述第一基板和第二基板的绝缘隔离板，第一基板均与正极引线电连接，第二基板均与一负极引线电连接，所述第一基板对应于所述P电极，所述第二基板对应于所述N电极，所述绝缘隔离板插入所述P电极与N电极之间的缝隙。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张昊翔，丁海生，李东昇，江忠永，
申请(专利权)人：杭州士兰微电子股份有限公司，杭州士兰明芯科技有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33