[发明专利]一种具有金字塔阵列结构的LED芯片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及LED芯片领域，特别涉及一种具有金字塔阵列结构的LED芯片及其制造方法。

背景技术

当前，发光二极管（LED）因具有体积小、发光效率高，可靠性高，寿命长等优点已在照明等领域中获得了广泛应用。传统的LED芯片结构会使芯片的出光效率降低，能量损失加大，导致器件内积聚大量的热量，加速器件老化缩短器件的使用寿命。此外，传统垂直式或水平式芯片结构采用银浆或胶浆固晶，需另外用金相将电极引出，生产效率的，质量不稳定。为此，国内外研发人员采用共晶工艺得倒装芯片工艺去提高发光二极管的出光效率，减少能量损失。但是芯片的表面强化出光结构单一，导致LED芯片出光效率还是不高。表面强化出光结构在LED芯片强化出光方面的应用十分重要，但是目前实现的手段相对单一，微结构的加工主要依赖于光化学等腐蚀加工技术，却有受加工材料限制、加工效率低、环境污染、成本较高等问题。例如，热平版印刷术用于LCD、LED导光板的微结构加工，加工尺度可以达到数十纳米，但加工对象的选择具有局限性。激光束加工可以加工出深宽比较大的空间微结构，但无法加工发光或透明的材料，形状精度控制较困难。此外，利用AFM原子力技术可以在单晶硅表面上沿结晶面加工出深度为1 nm、宽度为28 nm的沟槽，但加工尺度范围有限，加工周期长。采用电子束（EB）在石英玻璃界面上能够加工出纳米级的圆锥阵列，但当加工尺度到亚微米级时，其形状精度无法控制。

发明内容

本发明的目的之一在于针对当前LED芯片出光效率不高，芯片表面强化出光结构单一的不足，提出一种具有金字塔阵列结构的LED芯片。此种芯片结构可具有更高的出光效率，稳定可靠，使用寿命长。

本发明的另一目的在于提出一种具有金字塔阵列结构的LED芯片的制造方法。此加工工艺简单高效，成本低廉，环保节能。此外，此制造方法精度高，容易控制，产品良品率高。

本发明采用的技术方案：

一种具有金字塔阵列结构的LED芯片，包括具有外延层的透明衬底、所述透明衬底顶部表面为金字塔阵列结构，透明衬底的底部为外延层，外延层的底部为芯片电极的正、负极，所述金字塔阵列结构由“V”字形沟槽阵列相互交错构成。

所述“V”字形沟槽的两边夹角为60°-100°，“V”字形沟槽深度为50-100um，两“V”字形沟槽间距为1-1.5倍槽宽。

所述“V”字形沟槽阵列相互交错的夹角为60°-120°。

所述透明衬底的厚度大于等于150um，透明衬底的材料为蓝宝石或碳化硅。

一种具有金字塔阵列结构的LED芯片的制造方法，所述金字塔阵列结构的制造方法包括如下步骤：

（1）将待加工的LED芯片固定在基板上；

（2）将固定好的基板安装在磨床上，进行校平调整后，采用“V”字形尖端的金刚石砂轮加工“V”字形沟槽阵列；

所述“V”字形沟槽阵列的加工，具体方法为：

开动磨床，利用显微镜进行金刚石砂轮与被加工表面的对刀；

在透明衬底顶部表面磨削出第一方向的“V”字形沟槽阵列，所述第一方向为垂直于透明衬底一个侧面的方向；然后将基板旋转角度θ，重复校平调整后，磨削出第二方向的“V”字形沟槽阵列；再将基板旋转角度θ，重复校平调整后，在透明衬底顶部表面磨削出第三方向的“V”字形沟槽阵列；重复上述方法，直到“V”字形沟槽阵列均匀分布在透明衬底顶部表面；

所述加工过程中加入冷冻液；

（3）对“V”字形沟槽阵列进行清洗及烘干处理，得到金字塔阵列结构。

所述金刚石砂轮的粒度为SD400或SD600，“V”字形尖端半径小于20um，“V”字形两边夹角60°-100。

所述清洗采用丙酮或酒精溶液。

所述“V”字形沟槽阵列相互交错夹角即基板旋转角度θ为60°-120°。

 

本发明的有益效果：

（1）本发明提出的具有金字塔阵列强化出光结构的LED芯片能有效减少光线在芯片内部因全反射而造成的吸收，可使大量光线射出，从而提升出光效率；

（2）相比光刻，化学腐蚀等工艺，本发明的制造方法不会产生有毒害的腐蚀液，环保安全。

（3）本发明的制造方法无需对芯片衬底进行减薄操作，工艺简洁，设备简单，成本低廉，生产效率高。

附图说明

图1是本发明一种具有金字塔阵列结构的LED芯片的轴测图；

图2是本发明的金刚石砂轮截面图；