一种适合单色光LED晶元级封装的器件结构制造技术

本发明专利技术提供一种适合单色光LED晶元级封装的器件结构，所述器件结构至少包括：透明衬底、键合在所述透明衬底上表面的薄膜倒装结构的发光二极管芯片以及依次覆盖在所述透明衬底和倒装结构发光二极管芯片侧面的第一反射镜和钝化层。所述透明衬底加工成易于出光的梯形结构，在透明衬底的下表面具有微观透镜阵列或者V型槽等易于出光的结构。薄膜倒装发光二极管芯片的N型半导体层表面具有微观锥形的粗化结构，该结构键合在透明衬底上表面，使得LED芯片所发出的光易于进入透明衬底。第一反射镜和薄膜倒装芯片P型层表面的反射镜形成梯形状的反射杯，使芯片发出的单色光完全从N型半导体层表面进入透明衬底，再从透明衬底具有易于出光的结构的下表面出射至空气。采用折射率适中的透明衬底材料，可以大大减少光直接从氮化镓到空气的全反射，增加了器件的出光效率。

【技术实现步骤摘要】
一种适合单色光LED晶元级封装的器件结构
本专利技术涉及LED
，特别是涉及一种适合单色光LED晶元级封装的器件结构。
技术介绍
发光二极管具有体积小、效率高和寿命长等优点,在交通指示、户外全色显示等领域有着广泛的应用。尤其是利用大功率发光二极管可能实现半导体固态照明，引起人类照明史的革命,从而逐渐成为目前电子学领域的研究热点。LED的光提取效率是指出射到器件外可供利用的光子与外延片的有源区由电子空穴复合所产生的光子的比例。在传统LED器件中，由于衬底吸收、电极阻挡、出光面的全反射等因素的存在，光提取效率通常不到10％，绝大部分光子被限制在器件内部无法出射而转变成热，成为影响器件可靠性的不良因素。为提高光提取效率，使得器件体内产生的光子更多地反射到体外，并改善器件内部热特性，经过多年的研究和实践，人们已经提出了多种光提取效率提高的方法，比如电流分布与电流扩展结构、芯片形状几何化结构、表面微观出光结构等。通常LED的芯片结构为在碳化硅、硅、蓝宝石(主要成分是Al2O3)等衬底上依次外延了N型半导体层、有源层、P型半导体层的构造。另外，在P型半导体层上配置有P电极，在N型半导体层上配置有N电极。最终的芯片可以是正装结构、倒装结构、垂直结构等。目前较为常用的是倒装结构的LED器件，出光面为蓝宝石生长衬底，但是蓝宝石生长衬底的透光率(300nm～700nm)小于80％，很大一部分光被蓝宝石生长衬底吸收，并且蓝宝石衬底的导热性也较差，散热不好，因此LED衬底材料需要改善。另外，现有的LED结构的光侧漏也较为严重，导致出光效率降低。如附图1所示，传统的LED封装器件采用硅胶将芯片完全包裹，以防止芯片受到自然环境影响而失效，主要有以下几个缺点:1:采用金球焊线工艺,电流扩展不均匀,器件会由于芯片发热不均匀而失效；2：芯片的出光面为蓝宝石衬底面(倒装芯片)或者P型半导体生长层,芯片的出光面不易加工出易于出光的微观出光结构；3:器件的出光面为硅胶、不容易加工成有助于出光的微观出光结构，整体芯片的光效不高；4：光的出射路径经由有源层、N型半导体生长层、蓝宝石衬底、硅胶，出光介质的折射率分别为2.5、2.5、1.7、1.5，且硅胶的透光率较低(可见光范围：80％)，因此，封装后，降低了器件的光效；因此，如何突破现有技术进一步提高芯片良品率、提高芯片的散热能力、提高出光率，仍然是本领域技术人员亟待解决的技术课题。本专利技术中所述的LED器件采用密封性更好的透明衬底将芯片完全包裹，进一步降低了器件受自然因素影响而导致的失效，具有以下特征：1：芯片采用薄膜倒装结构芯片，在器件封装时可采用回流焊工艺进行封装，减少了封装焊线的同时，由于增大了器件电极的接触面积，更加有利于电流均匀扩展；2：芯片的出光面为容易采用湿法工艺获得微观出光结构阵列的N型半导体生长层、使芯片的光效进一步提升；3：器件的出光面为易于加工成微透镜阵列结构或者纵横交错排布的V型槽结构的透明衬底、进一步提高器件的光效；4：光的出射路径经由有源层、粗化的N型半导体生长层、具有微观出光结构的、高透光率的(90％以上)透明衬底，出光介质的折射率分别为2.5、2.5、1.5，且减少了硅胶对光的吸收，使整体器件的性能进一步得到提升。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种适合单色光LED晶元级封装的器件结构，用于解决现有技术中单色光LED器件光侧漏、散热差、出光效率低等问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种适合单色光LED晶元级封装的器件结构，所述封装器件结构至少包括：透明衬底，所述透明衬底具有上表面、下表面以及侧面；薄膜倒装结构发光二极管，键合在所述透明衬底上表面，所述薄膜倒装结构发光二极管与透明衬底的键合面上具有粗化结构；第一反射镜，覆盖于所述透明衬底和薄膜倒装结构发光二极管侧面；钝化层，覆盖在所述第一反射镜的表面。作为本专利技术适合单色光LED晶元级封装的器件结构的一种优化的方案，所述透明衬底的厚度范围为50～1000μm，透光率在82％以上，折射率范围为1～2.5。作为本专利技术适合单色光LED晶元级封装的器件结构的一种优化的方案，所述透明衬底的下表面可以加工成微观出光结构，所述微观出光结构为微观透镜阵列结构或纵横交错排布的V型槽结构。作为本专利技术适合单色光LED晶元级封装的器件结构的一种优化的方案，所述薄膜倒装结构发光二极管包括：N型半导体生长层，所述N型半导体生长层一个表面粗化成所述粗化结构；量子阱层、P型半导体生长层以及第二反射镜，自下而上依次生长于所述N型半导体生长层上与所述粗化结构相对的另外一个表面上；P电极，结合于所述第二反射镜上；N电极，形成于所述第二反射镜上，并穿过所述绝缘层、第二反射镜、P型半导体生长层以及量子阱层与所述N型半导体生长层电连；绝缘层，隔离于所述N电极与所述第二反射镜、P型半导体生长层以及量子阱层之间。作为本专利技术适合单色光LED晶元级封装的器件结构的一种优化的方案，所述N型半导体生长层表面的所述粗化结构被粗化成微观锥形粗化结构，所述微观锥形粗化结构表面粘合于所述透明衬底的上表面。作为本专利技术适合单色光LED晶元级封装的器件结构的一种优化的方案，所述第二反射镜与P型半导体生长层形成欧姆接触，所述第二反射镜为ITO/Ag、Ag、Ni/Ag或者ITO/DBR。作为本专利技术适合单色光LED晶元级封装的器件结构的一种优化的方案，所述第一反射镜为金属反射镜，所述第一反射镜与N型半导体生长层形成欧姆接触，所述第一反射镜为Cr/Al反射镜；所述钝化层为SiO2、SiN、或SiONx中一种或几种的组合，用于隔离所述P电极和N电极与所述第一反射镜，所述钝化层的厚度为～3μm。作为本专利技术适合单色光LED晶元级封装的器件结构的一种优化的方案，所述透明衬底的侧壁易加工成有利于出光的梯形结构，所述透明衬底下表面易加工成有利于各种有利于出光的微观出光结构。作为本专利技术适合单色光LED晶元级封装的器件结构的一种优化的方案，所述第一反射镜和所述P型半导体生长层表面的第二反射镜形成梯形状的反射杯结构。如上所述，本专利技术的适合单色光LED晶元级封装的器件结构，具有以下有益效果：1：芯片采用薄膜倒装结构芯片，在器件封装时可采用回流焊工艺进行封装，减少了封装焊线的同时，由于增大了器件电极的接触面积，更加有利于电流均匀扩展；2：芯片的出光面为容易进行微观出光结构工艺的N型半导体生长层、使芯片的光效进一步提升；3：光的出射路径经由有源层、粗化的N型半导体生长层、具有V型出光结构的、高透光率的(90％以上)透明衬底，出光介质的折射率分别为2.5、2.5、1.5，使整体器件的性能进一步得到提升。采用折射率更加接近于空气的透明衬底(例如玻璃)，减少了空气对光的全反射，增加了光的出射机率，同时，采用更加容易进行机械加工的透明衬底做为出光面，将透明衬底加工成梯形结构或其他有利于出光的V型槽结构或微观透镜阵列结构，进一步提高单色光LED的光功率。4：传统的芯片在芯片的侧壁无反射镜，因此必然有光从芯片的侧壁泄漏，同时由于蓝宝石生长衬底的存在，因此，侧光也包含蓝宝石衬底的侧光部分。本专利技术由于芯片的侧壁有反射镜，因此，可明显减少封装后发光二极管的光侧漏。5：由于采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适合单色光LED晶元级封装的器件结构，其特征在于，所述封装器件结构至少包括：透明衬底，所述透明衬底具有上表面、下表面以及侧面；薄膜倒装结构发光二极管，键合在所述透明衬底上表面，所述薄膜倒装结构发光二极管与透明衬底的键合面上具有粗化结构；第一反射镜，覆盖于所述透明衬底和薄膜倒装结构发光二极管侧面；钝化层，覆盖在所述第一反射镜的表面。

【技术特征摘要】
1.一种适合单色光LED晶元级封装的器件结构，其特征在于，所述封装器件结构至少包括：透明衬底，所述透明衬底具有上表面、下表面以及侧面；薄膜倒装结构发光二极管，键合在所述透明衬底上表面，所述薄膜倒装结构发光二极管与透明衬底的键合面上具有粗化结构；第一反射镜，覆盖于所述透明衬底和薄膜倒装结构发光二极管侧面；钝化层，覆盖在所述第一反射镜的表面。2.根据权利要求1所述的适合单色光LED晶元级封装的器件结构，其特征在于：所述透明衬底的厚度范围为50～1000μm，透光率在82％以上，折射率范围为1～2.5。3.根据权利要求1所述的适合单色光LED晶元级封装的器件结构，其特征在于：所述透明衬底的下表面可以加工成微观出光结构，所述微观出光结构为微观透镜阵列结构或纵横交错排布的V型槽结构。4.根据权利要求1所述的适合单色光LED晶元级封装的器件结构，其特征在于：所述薄膜倒装结构发光二极管包括：N型半导体生长层，所述N型半导体生长层一个表面粗化成所述粗化结构；量子阱层、P型半导体生长层以及第二反射镜，自下而上依次生长于所述N型半导体生长层上与所述粗化结构相对的另外一个表面上；P电极，结合于所述第二反射镜上；N电极，形成于所述第二反射镜上，并穿过所述绝缘层、第二反射镜、P型半导体生长层以及量子阱层与所述N型半导体...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝茂盛，张楠，袁根如，
申请(专利权)人：上海芯元基半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31