无线能量传输发光系统及其芯片级发光装置的制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种无线能量传输发光系统，该系统包括：无线能量发送装置和无线能量接收及发光装置，其中：无线能量发射装置用于将电能转换为可在空间范围内自由传播的自由能量，并利用无线能量传输方式将所述自由能量发射出去；无线能量接收及发光装置用于接收在空间范围内自由传播的自由能量，并将接收到的自由能量转换为发光器件可用的电能后驱动发光器件发光。本发明专利技术利用无线能量传输技术，规避了传统芯片工艺技术中的金属电极工艺，可以实现将芯片设计尺寸大大减小后，依然能够进行很好的无接触式电注入。无论在芯片研究或是应用技术领域，本发明专利技术无线电力驱动芯片技术将会具有很大的发展空间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及LED光源
和半导体器件制作
，尤其是一种。
技术介绍
可见光波段的微型化LED发光芯片在许多领域都有着广阔的应用空间，例如微型显示、高清显示、神经元刺激、荧光检测等应用领域。但在这些领域中，都要求LED具有一定的光输出功率、发光均匀、发光稳定、可靠性高以及制作方便等特点。传统的正装结构和倒装结构的LED芯片PN正负电极在同侧，垂直结构的LED发光芯片的PN电极在芯片两侧。但目前半导体发光芯片(包括大部分半导体芯片)都需要在芯片上制作金属电极接触点。在发光器件的制作工艺中，为了方便后续封装过程中的打金线等工艺，芯片上的金属电极面积至少要达到直径为80 μπι圆的大小，但一个发光器件包含正负电接入点，因此至少需要制备2个同等大小的金属电极。但是，这就使得微型发光芯片的技术研宄遇到了较大的技术难题，即，由于芯片的研发尺寸不断的缩小，最后可能出现芯片的表面只有金属电极，发光区域很小甚至没有的情况；但是在LED的封装工艺中，需要通过打金线对LED进行电注入，因此金属电极不可缺少，可金属电极的存在，却阻碍了 LED芯片的进一步微型化研宄。并且，无论是封装工艺中的打金线、共晶焊或是植金球倒装焊等方法，都无法回避需要在芯片上制作大面积的金属电极，导致发光器件发光面积减小的问题，从而大大阻碍了芯片的微型化研宄。 国际上，无接触式能量传输的研宄已经有一些探索性的工作，至今为止仍然只有少数的研发团队在此类技术上进行研发，目前正处于应用方式及此类产品技术存在多少优势的讨论阶段。随着各式各样的电子设备进入人们的日常生活，各种烦乱的电源线、数据线等也带来了不同程度的烦恼，因为各种线，使原本科技含量极高的电子设备瞬间黯淡了许多。同时传统电能传输由于存在破损、裸露以及触电方面的安全隐患，极大地影响了供电的安全性和可靠性。作为一种安全、方便和高可靠性的能量传输方法，无线能量传输技术在家居应用和工业领域中得到越来越广泛的应用，该技术利用共振耦合传输方法将能量在两个载体之间进行无接触式传输。 若能将无线能量传输技术与LED发光芯片技术进行很好的结合，就可以实现非接触式驱动的LED发光器件。无线能量传输技术可以使LED光源在产品应用上更加的广泛，也可以给LED的芯片检测技术带来一种新的方法，但这需要将无线能量传输技术融合进LED驱动技术中后，再与GaN材料基光电系统集成的工艺技术相结合。无线能量传输的LED发光系统分为两种类型，第一种类型为封装级的无线能量传输的LED发光系统，封装级的无线能量传输的LED发光系统需要用到倒装芯片技术、共晶键合技术、硅穿孔基板技术等，将LED发光单元和电路元件集成在一起，形成了一个一体的功能模块，包含无线能量接收电路，LED驱动电路和LED光源模块。第二种类型为芯片集成级的无线能量传输的LED发光系统，在芯片集成的技术研宄中，将GaN材料基LED芯片与驱动元件(如电阻、电容、电感等)，甚至是功率型器件(如HEMT、SBD等)实现单片集成，可以使系统更加微型化，也可使芯片功能更加多样化、效率更高。国际上一些科研机构尝试过GaAs、GaP等发光芯片和功率型芯片的一对一集成，但没有进行过GaN材料基的系统集成，GaN材料基的系统集成技术能够形成功能系统。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是:由于芯片的研发尺寸不断的缩小，最后可能出现芯片表面只有金属电极，发光区域很小甚至没有；但是在LED的封装工艺中，需要通过打金线对LED进行电注入，因此金属电极不可缺少，可金属电极的存在，却阻碍了 LED芯片的进一步微型化研宄。 根据本专利技术的一方面，提出一种无线能量传输发光系统，该系统包括:无线能量发送装置和无线能量接收及发光装置，其中: 所述无线能量发射装置用于将电能转换为可在空间范围内自由传播的自由能量，并利用无线能量传输方式将所述自由能量发射出去； 所述无线能量接收及发光装置用于接收在空间范围内自由传播的自由能量，并将接收到的自由能量转换为发光器件可用的电能后驱动发光器件发光。 根据本专利技术的另一方面，还提出一种非接触式驱动的芯片级发光装置的制备方法，所述方法包括以下步骤: 步骤I，在衬底上依次生长N型半导体材料层、量子阱发光层和P型半导体材料层，其中，所述衬底为集成有无线能量接收及转换层的衬底，或者在步骤10之后，再将无线能量接收及转换层设置于所述衬底的下表面； 步骤2，对于所述半导体材料层进行图形化，得到第一 N型半导体材料层、第二 N型半导体材料层、量子阱发光层和P型半导体材料层，其中，所述第一 N型半导体材料层和第二 N型半导体材料层分别形成于所述衬底上表面的不同部分区域上，所述量子阱发光层和P型半导体材料层依次形成于所述第二 N型半导体材料层的上表面； 步骤3，在所述衬底的两端分别纵向开设孔洞，并在所述孔洞中形成第七导电材料层和第八导电材料层； 步骤4，在所述半导体材料层的侧壁上分别形成绝缘钝化层； 步骤5，在所述衬底上表面的部分区域上形成第三导电材料层，并使所述第三导电材料层覆盖所述第一 N型半导体材料层上表面的部分区域； 步骤6，在所述衬底上表面的另一部分区域上形成第五导电材料层，并使所述第五导电材料层覆盖所述第二 N型半导体材料层上表面的部分区域； 步骤7，在所述衬底上表面的部分区域上，且在所述第一 N型半导体材料层与第二N型半导体材料层之间形成第六导电材料层； 步骤8，在所述第六导电材料层上表面形成绝缘介质层； 步骤9，在所述绝缘介质层的上表面上形成第四导电材料层，并使所述第四导电材料层覆盖所述第一 N型半导体材料层和P型半导体材料层上表面的部分区域； 步骤10，通过退火合金炉，经过高温合金，使所述第四导电材料层分别与所述第一N型半导体材料层、所述P型半导体材料层之间，第二 N型半导体材料层与第五导电材料层和第六导电材料层之间形成欧姆接触。 综上，本专利技术提出了一种无线能量传输发光系统，该系统包括:无线能量发送装置和无线能量接收及发光装置，其中，所述无线能量接收和发光装置为非接触式驱动的芯片级发光装置。所述非接触式驱动的芯片级发光装置是一种单片集成式光电装置，其以芯片集成的方式将电学元件和光学元件制作于同一衬底之上。所述非接触式驱动的芯片级发光装置在外界发射源进行发射能量的情况下，可以凭借自身系统集成的功能进行能量接收；所述非接触式驱动的芯片级发光装置中所集成的电子元件具有驱动功能，能够将所接收到的能量转化为可直接驱动光学元件的能量形式。 本专利技术利用无线能量传输技术，规避了传统芯片工艺技术中的金属电极工艺，可以实现将芯片设计尺寸大大减小后，依然能够进行很好的无接触式电注入。无论在芯片研宄或是应用
，本专利技术无线电力驱动芯片技术将会具有很大的发展空间。 【附图说明】 图1是本专利技术无线能量传输发光系统的等效电路图； 图2是根据本专利技术一实施例的非接触式驱动芯片级发光装置的侧面剖视图。 【具体实施方式】 为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。 图1是本专利技术无线能量传输发光系统的等效电路图，如图1所示，所述无线能量传输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线能量传输发光系统，其特征在于，该系统包括：无线能量发送装置和无线能量接收及发光装置，其中：所述无线能量发射装置用于将电能转换为可在空间范围内自由传播的自由能量，并利用无线能量传输方式将所述自由能量发射出去；所述无线能量接收及发光装置用于接收在空间范围内自由传播的自由能量，并将接收到的自由能量转换为发光器件可用的电能后驱动发光器件发光。

【技术特征摘要】
1.一种无线能量传输发光系统，其特征在于，该系统包括:无线能量发送装置和无线能量接收及发光装置，其中: 所述无线能量发射装置用于将电能转换为可在空间范围内自由传播的自由能量，并利用无线能量传输方式将所述自由能量发射出去； 所述无线能量接收及发光装置用于接收在空间范围内自由传播的自由能量，并将接收到的自由能量转换为发光器件可用的电能后驱动发光器件发光。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无线能量传输方式包括电磁感应、磁共振或微波传输中的一种或其任意组合。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无线能量接收和发光装置为非接触式驱动的芯片级发光装置。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述非接触式驱动的芯片级发光装置包括:无线能量接收及转换单元、驱动单元和发光单元，其中: 所述无线能量接收及转换单元用于接收在空间范围内自由传播的自由能量，并将接收到的自由能量转换为电能； 所述驱动单元用于将所述无线能量接收及转换单元转换得到的电能再次转换为发光单元可用的电能； 所述发光单元用于基于所述驱动单元转换得到的电能发光。5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述非接触式驱动的芯片级发光装置由下至上依次包括无线能量接收及转换层、衬底、第一导电材料层、第二导电材料层、第三导电材料层、第四导电材料层、第五导电材料层、第六导电材料层、第七导电材料层、第八导电材料层、第一 ~型半导体材料层、第二 ~型半导体材料层、量子阱发光层、？型半导体材料层、绝缘介质层和绝缘钝化层，其中: 所述无线能量接收及转换层置于所述衬底的下表面，作为无线能量接收及转换单元，接收在空间范围内自由传播的自由能量，并将接收到的自由能量转换为电能； 所述衬底的两端分别纵向开设有孔洞，所述第七导电材料层和第八导电材料层分别形成于所述孔洞内； 所述第一导电材料层形成于所述衬底下表面的部分区域上，且与所述无线能量接收及转换层和所述第七导电材料层相接触； 所述第二导电材料层形成于所述衬底下表面的另一部分区域上，且与所述无线能量接收及转换层和所述第八导电材料层相接触； 所述第一 ~型半导体材料层形成于所述衬底上表面的部分区域上； 所述第二 ~型半导体材料层形成于所述衬底上表面的另一部分区域上； 所述量子阱发光层形成于所述第二 ~型半导体材料层的上表面； 所述？型半导体材料层形成于所述量子阱发光层的上表面； 所述第三导电材料层形成于所述衬底上表面的部分区域上，并覆盖所述第一 ~型半导体材料层上表面的部分区域； 所述第四导电材料层形成于所述第一~型半导体材料层上表面的另一部分区域上，并覆盖所述？型半导体材料层上表面的部分区域； 所述第六导电材料层形成于所述衬底上表面的部分区域上，并位于所述第一 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹腾，马骏，王钦金，伊晓燕，王国宏，李晋闽，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11