[发明专利]一种倒装LED芯片结构及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于LED制造领域，尤其涉及一种倒装LED芯片结构及其制作方法。

背景技术

发光二极管(LED)是一种重要的固体照明器件。主流的LED器件根据其材料体系划分，可分为砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)体系的红外、红黄光LED，和氮化镓(GaN)体系的蓝绿、紫外光LED，其中GaN体系的蓝绿、紫外光LED，能够激发荧光粉产生黄光并与之混合形成白光，已经广泛应用于照明市场。

对于GaN体系LED，通过衬底区别分为碳化硅(SiC)衬底、硅(Si)衬底LED与蓝宝石(Al2O3)衬底LED。在GaN材料内掺入Al或者In元素，可以发出从紫外到绿光波段的颜色范围，SiC和Si衬底具有良好的导电性能，一般制作为垂直结构LED芯片，但由于衬底成本或者制作工艺难度大的原因，只占据了市场应用的小部分。蓝宝石衬底LED工艺成熟，是市场应用的主流，但由于蓝宝石不导电的特性，目前主要以正面出光的正装LED芯片与背面出光的倒装LED芯片为主，以复杂低良率的衬底剥离工艺制作的垂直结构占据极小部分。

为了实现特定光源形状，常用的方法是用LED芯片或者封装器件按照要求进行密集排布，再配合二次光学系统透镜，实现诸如点光源、线光源和各种形状面光源，这样会增加生产流程，降低光输出率。为了实现超高光功率和准直输出的光学需求，最为常用的方法是LED芯片的阵列式密集排布。如果使用整体式的准直透镜，透镜的设计将极为复杂，而且透镜的整体体积、高度也会非常巨大。如果对每个芯片做准直透镜，由于加工精度的限制，透镜离芯片有一定的高度，导致透镜的水平面积比芯片面积要大上许多，这将严重限制了芯片排列的密度上限，最终制约最大光照度的水平。目前，针对倒装芯片的衬底加工的方法比较稀缺。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供了一种倒装LED芯片结构及其制作方法，对倒装LED芯片的出光面--蓝宝石衬底的底部进行蚀刻加工，根据不同的光源应用场景制作出设计的三维图案，实现特定光源应用场景要求。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种倒装LED芯片，包括：三维图形结构、蓝宝石衬底、半导体材料层、N电极、接触反射层、绝缘隔离层、P电极和焊接电极；所述半导体材料层包括N型半导体材料、发光层和P型半导体材料；所述三维图形在所述蓝宝石衬底的上表面，所述发光层在所述N型半导体材料和所述P型半导体材料之间，所述P电极、N电极与所述焊接电极连接，所述接触反射层设置在所述P型半导体材料和所述P电极之间，所述焊接电极在所述倒装LED芯片最下端。

优选的，所述三维图形结构分为单个球面透镜、二维周期性阵列透镜、一维周期性阵列透镜、菲涅尔透镜或相差透镜，所述三维图形结构通过出光的准直、发散、汇聚、相位改变来输出图形。

优选的，所述单个球面透镜为凸球面或凹球面透镜。

优选的，所述二维周期性阵列透镜由多组单元图形组成，所述单元图形分为：球面凸起、球面下凹、圆锥凸起、圆锥下凹、三角锥凸起、三角锥下凹、圆柱凸起、圆柱下凹、棱柱凸起或棱柱下凹。

优选的，所述一维周期性阵列透镜的单元图形为长条图形，其剖面可以为：弧形凸起、弧形下凹、三角凸起、三角下凹、矩形凸起、正梯形凸起或反梯形凸起。

优选的，所述蓝宝石衬底下端外延的所述半导体材料层为LED材料，所述LED材料为GaN体系材料，包括Ga_xAl_1-xN、Ga_xIn_1-xN或者Ga_x(Al_yIn_1-y)_1-xN,发光颜色范围为绿光到紫外波段，光波长为200nm～560nm。

一种上述倒装LED芯片的制作方法，其制作步骤如下：

(1)：在晶圆上使用MOCVD设备在所述蓝宝石衬底上沉积所述半导体材料层；

(2)：在晶圆上制作所述倒装LED芯片，其中包括正负极台阶、所述接触反射层、所述P电极、所述N电极、所述绝缘隔离层、所述焊接电极，所述正负极台阶放置所述P电极和所述N电极，所述绝缘隔离层设置在所述P电极和所述N电极之间；

(3)：根据三维图形结构加工要求和实际使用要求，可选择性的对晶圆上的所述蓝宝石衬底背部进行减薄、研磨和抛光加工，最终厚度为100～1000μm；

(4)：将掩膜材料覆盖于所述蓝宝石衬底表面，形成掩膜，使用设计的光刻版，通过光刻显影方法将图案转移至光刻胶上定型；