一种LED芯片制造技术

本发明专利技术涉及一种高光效、低光衰以及高封装良率LED芯片，其层结构依次包括衬底（1）、缓冲层（2）、N型层（3）、N型分别限制层（4）、发光区层（5）、P型分别限制层（6）、P型层（7）、P型欧姆接触层（8）、光穿透层（9）、二氧化硅层（10）、金属层（11），其特征在于：该芯片蚀刻成梯台结构并形成环状N型电极和P型电极，P型电极被环状N型电极包围，所述环状N型电极和所述P型电极与PCB板连接的焊锡面处于同一水平面。本发明专利技术由于芯片结构包括N型电极和P型电极，使得PN电极层面积最大，得到最大注入电流，提升发光效率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种高光效、低光衰以及高封装良率LED芯片，其层结构依次包括衬底（1）、缓冲层（2）、N型层（3）、N型分别限制层（4）、发光区层（5）、P型分别限制层（6）、P型层（7）、P型欧姆接触层（8）、光穿透层（9）、二氧化硅层（10）、金属层（11），其特征在于：该芯片蚀刻成梯台结构并形成环状N型电极和P型电极，P型电极被环状N型电极包围，所述环状N型电极和所述P型电极与PCB板连接的焊锡面处于同一水平面。本专利技术由于芯片结构包括N型电极和P型电极，使得PN电极层面积最大，得到最大注入电流，提升发光效率。【专利说明】—种LED芯片
本专利技术申请为申请日2011年12月29日，申请号为:201110451883.4，名称为“一种高光效、低光衰以及高封装良率LED芯片”的专利技术专利申请的分案申请。本专利技术涉及一种LED芯片，尤其是涉及一种高光效、低光衰以及高封装良率LED芯片。
技术介绍
使用蓝宝石衬底其优点是化学稳定性好，不吸收可见光、价格适中、制造技术相对成熟，因此成为用于GaN生长最普遍的衬底。在LED的封装过程中，都把蓝宝石衬底面直接固定在散热板上。在LED的工作过程中，其发光区是器件发热的根源。由于蓝宝石衬底本身是一种绝缘体材料，且导热性能比GaN材料较差，所以对这种正装的LED器件其工作电流都有一定的限制，以确保LED的发光效率和工作寿命。为改善器件的散热性能，人们设计了一种LED芯片结构，即倒装结构的LED芯片。 另外,传统的蓝宝石衬底的GaN芯片的结构，电极刚好位于芯片的出光面。由于P-GaN层有限的电导率，因此要求在P-GaN层表面沉淀一层用于电流扩散的金属层，这个电流扩散层由Ni和Au组成，会吸收部分光，从而降低出光效率。如果将芯片倒装，那么电流扩散层(金属反射层)就成为光的反射层，这样光可通过蓝宝石衬底发射出去，从而提高出光效率。 自从提出芯片的倒装设计之后，人们针对其可行性进行了大量的研究和探索。由于LED芯片设计的局限性，封装良率一直很低，原因如下:第一、N型电极区域相对小，很难与PCB板的相应区域对位；第二、N型电极位置比P型电极位置高很多，很容易造成虚焊、脱焊情形；第三、为制作N型电极，往往要人为地去掉很大一部分有源区，这样大大地减少了器件的发光面积，直接影响了 LED发光效率。 再者，虽然LED的发光效率已经超过日光灯和白炽灯，但商业化LED发光效率还是低于钠灯(1501m/W)。那么，哪些因素影响LED的发光效率呢？就白光LED来说，其封装成品发光效率是由内量子效率，电注入效率，提取效率和封装效率的乘积决定的。如图32所示，利用MOCVD、VPE、MBE或LPE技术在衬底30上生长器件(如LED、LD等)结构，从上至下依次分别为衬底30、N型材料层31、发光区32、P型材料层33、P型电极34、P级焊锡层35、PCB板36以及散热板40。其中N型材料层31与散热板40之间还依次连接N型电极37、N级焊锡层38和PCB板39。 该传统的LED芯片存在的技术缺陷如下:1、在水平方向N型电极37所处位置与P型电极34相距较远，N型电极37对其下方的PCB板39的位置设计有苛刻的要求，影响到封装优良率。 2、N型电极37位置比P型电极34位置高很多，导致其与下方的PCB板39之间的间隙较大，在焊锡时很容易使得N级焊锡层38过长而造成虚焊或脱焊的发生。 3、为了使得N型电极37与其下方的PCB板39可以进行焊接，需要去掉很大一部分发光区，影响到LED芯片的发光效率。 4、电极区域不够大，影响注入电流效率进而影响到LED芯片的发光效率。 5、P型电极与N型电极位在芯片两侧，造成电子流动路径不一，如图33，形成电阻不均匀，芯片发光区发光不均匀，影响到LED芯片的发光效率。
技术实现思路
本专利技术设计了一种高光效、低光衰以及高封装良率LED芯片，其解决了以下技术问题是:(I) N型电极区、P型电极区域相对小，很难与PCB板的相应区域对位，会影响到封装效果和LED产品的优良率；(2 ) N型电极位置比P型电极位置高很多，很容易造成虚焊、脱焊情形；(3)为制作N型电极，往往要人为地去掉很大一部分有源区，这样大大地减少了器件的发光面积，直接影响了 LED发光效率；(4)P型及N型电极区域不够大，影响注入电流，直接影响了 LED发光效率；(5 )P型电极与N型电极位在芯片两侧，造成电子流动路径不一，形成电阻不均匀，芯片发光区发光不均匀，影响到LED芯片的发光效率。 为了解决上述存在的技术问题，本专利技术采用了以下方案:一种高光效、低光衰以及高封装良率LED芯片，其层结构依次包括衬底(I)、缓冲层(2)、N型层(3)、N型分别限制层(4)、发光区层(5)、P型分别限制层(6)、P型层(7)、P型欧姆接触层(8)、光穿透层(9)、二氧化硅层(10)、金属层(11)，其特征在于:该芯片蚀刻成梯台结构并形成环状N型电极和P型电极，P型电极被环状N型电极包围，所述环状N型电极和所述P型电极与PCB板连接的焊锡面处于同一水平面。 进一步，N型电极主要包括N型电极光穿透层ITO薄膜(191)和N型电极金属合金层(23)，其中N型电极光穿透层ITO薄膜(191)为阶梯结构，阶梯结构下部与芯片两侧的N型层(3)暴露区连接；阶梯结构上部与N型电极金属合金层(23)、金属层(11)以及绝缘介质膜(16)连接，其中N型电极金属合金层(23)位于阶梯结构上部的上方，金属层(11)和绝缘介质膜(16 )位于阶梯结构上部的下方；P型电极主要包括P型电极金属合金层(24)和P型电极光穿透层ITO薄膜(192)，P型电极光穿透层ITO薄膜(192)上方与P型电极金属合金层(24)连接，P型电极光穿透层ITO薄膜(192)四周向下延伸至光穿透层(9)并且将金属层(11)和二氧化硅层(10)限制于其中；N型电极金属合金层(23)与P型电极金属合金层(24)位于同一水平面。 进一步，所述绝缘介质膜(16)与阶梯结构的中间部分和下部相平行，起到隔离N型电极光穿透层ITO薄膜(191)的作用。 进一步，在所述衬底(I)中形成一层凹凸面(12)。 进一步，所述环状N型电极和所述P型电极通过各自的PCB板与散热结构(26 )连接。 该高光效、低光衰以及高封装良率LED芯片具有以下有益效果:(I)本专利技术由于芯片结构包括N型电极和P型电极，使得PN电极层面积最大，得到最大注入电流，提升发光效率。 (2)本专利技术由于N型电极采用了阶梯结构，只要求去掉很小一部分有源区，确保了光反射层面积的最大化，得到最佳发光效率。 (3 )本专利技术由于环形N型电极层包围P型电极层，达到最均匀电流，发光区最均匀。 (4)本专利技术还由于N型电极层与P型电极层处于同一平面，封装良率高。 【专利附图】【附图说明】 图1:本专利技术中的LED芯片制作工艺步骤I示意图；图2:本专利技术中的LED芯片制作工艺步骤2示意图；图3:本专利技术中的LED芯片制作工艺步骤3示意图；图4:本专利技术中的LED芯片制作工艺步骤4示意图；图5:本专利技术中的LED芯片制作工艺步骤5示意图；图6:本专利技术中的LED芯片制作工艺步骤6示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高光效、低光衰以及高封装良率LED芯片，其层结构依次包括衬底（1）、缓冲层（2）、N型层（3）、N型分别限制层（4）、发光区层（5）、P型分别限制层（6）、P型层（7）、P型欧姆接触层（8）、光穿透层（9）、二氧化硅层（10）、金属层（11），其特征在于：该芯片蚀刻成梯台结构并形成环状N型电极和P型电极，P型电极被环状N型电极包围，所述环状N型电极和所述P型电极与PCB板连接的焊锡面处于同一水平面；N型电极主要包括N型电极光穿透层ITO薄膜（191）和N型电极金属合金层（23），其中N型电极光穿透层ITO薄膜（191）为阶梯结构，阶梯结构下部与芯片两侧的N型层（3）暴露区连接；阶梯结构上部与N型电极金属合金层（23）、金属层（11）以及绝缘介质膜（16）连接，其中N型电极金属合金层（23）位于阶梯结构上部的上方，金属层（11）和绝缘介质膜（16）位于阶梯结构上部的下方；P型电极主要包括P型电极金属合金层（24）和P型电极光穿透层ITO薄膜（192），P型电极光穿透层ITO薄膜（192）上方与P型电极金属合金层（24）连接，P型电极光穿透层ITO薄膜（192）四周向下延伸至光穿透层（9）并且将金属层（11）和二氧化硅层（10）限制于其中；N型电极金属合金层（23）与P型电极金属合金层（24）位于同一水平面；在所述衬底（1）中形成一层凹凸面（12）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：义乌市运拓光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33