专利名称：一种带有衬底聚光反射镜的led芯片及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种LED芯片及其制作方法，具体的说涉及一种带有衬底聚光反射镜 的LED芯片及其制作方法，属于LED芯片制造及LED照明领域。
背景技术：
近几年随着世界范围内的节能环保概念兴起，LED芯片技术得到迅猛发展，氮化物 半导体LED芯片发光效率提高很快，以蓝光LED芯片作为激发源的白光LED单灯光源效率 已达到130流明/瓦以上，远远超过了普通节能灯的光效，LED技术已开始全面进入通用照 明市场。随着LED应用范围的进一步扩大，对LED器件发光效率的要求也越来越高。如附图1所示，现有的蓝光LED芯片结构包括衬底1，所述衬底1由Al2O3晶体材质 的蓝宝石、SiC、Si或GaN晶体材料构成，GaN半导体缓冲层2，n型AlJnyGai_x_yN(0彡χ彡1， O^y^ 1)材料的半导体结构3，GaN/lnyGai_yN(0 ^ y ^ 1)量子阱结构的光发射结构4及 ρ型AlxIny(iai_x_yN(0彡χ彡1，0彡y彡1)材料的半导体结构5，其中衬底i的厚度为20-450 微米，η型半导体结构3可以由一层AlJrvGh^NO)彡χ彡1，0彡y彡1)材料层或多层不 同组份的ΑΜηρ^ΝΟ)彡χ彡1，0彡y彡1)材料层构成，光发射结构4可以由一对或多 对量子阱结构成，P型的半导体结构5可以由一层AlJnyGai_x_yN(0彡χ彡^ 1)材 料层或多层不同组份的AlJnPmNO)彡χ彡1，0彡y彡1)材料层构成，ρ型的半导体结 构5、光发射结构4和η型的半导体结构3的总共厚度为1 10微米。LED芯片中发光结构4中所发出的光在芯片各个方向上，包括LED芯片的表面、底 面和侧面，其中射向芯片上表面6和芯片下表面7的出射光占了整体发光的75%以上。由 于目前的LED芯片制造、封装技术中所采用的方式都是将LED芯片平行封装在封装平台上。如附图2所示，芯片的下表面7与封装平台10的表面贴合，因而在这种情况下，射 向芯片衬底下表面7与封装平台10交界面的光将无法获得有效地利用而造成光损失。为 有效利用LED光发射结构4的出射光，目前常用方法是在衬底的下表面7制作一层高反射 率的反射镜将射向衬底下表面7的出射光反射到别的方向，其中大部分的反射光是回到芯 片上表面6出射，但是由于全反射角的限制，这一部分光中只有在全反射角内的部分才能 够从LED中真正出射。因而如果我们能够将从LED芯片下表面7反射的光尽可能的汇聚到此全反射角 内，就能够使得芯片的出光效率获得极大的提升，所以问题就归结到了如何汇聚LED芯片 下表面7的反射光，这就促进了本发明的提出。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种带有衬底聚光反射镜的LED芯片，能够最有效的 汇聚LED衬底下表面的反射光，使这些反射光汇聚到LED上表面的全反射角内，从而最大限 度的提升芯片的出光效率。为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案
一种带有衬底聚光反射镜的LED芯片，包括芯片上表面和芯片下表面，所述芯片 下表面上设有具有对入射光反射后起到会聚作用的聚光反射镜阵列。以下是本发明对上述方案的进一步改进所述聚光反射镜阵列包括若干个同一类型的聚光反射镜。进一步改进所述聚光反射镜阵列为矩形阵列。进一步改进所述聚光反射镜的横向截面为矩形、纵向剖面为倒梯型。所述聚光反射镜阵列包括若干个纵横交错的切割道，相邻交叉的切割道之间形成 聚光反射镜。进一步改进所述切割道的间距为0. 06 0. 4mmX0. 06 0. 4mm，切割道深度为5 30 μ m。另一种改进所述聚光反射镜的横向截面为圆形、纵向剖面为倒梯型。进一步改进所述聚光反射镜位于芯片下表面上的直径为50μπι，其深度为ΙΟμπι，相邻的聚光 反射镜之间的间距为50 μ m。另一种改进所述聚光反射镜阵列包括若干个不同类型的聚光反射镜。进一步改进所述若干个聚光反射镜的纵向截面是倒锥型、半球型、双曲型、倒梯型或折面型中 的其中至少任两种的组合。另一种改进所述聚光反射镜的外壁上蒸镀有高反射率光学反射膜。进一步改进所述高反射率光学反射膜由高反射率金属材料制成，所述高反射率金属材料为Al 或Ag。另一种改进所述高反射率光学反射膜由介质材料Si02、Si、Ti02、MgF2、A1203其中至少任两 种组合组成的分布布拉格反射镜构成。本发明还提供一种带有衬底聚光反射镜的LED芯片的制作方法，包括以下步骤 首先采用金刚石切割刀对芯片下表面进行切割制成纵横交错的切割道，相邻交叉的切割道 之间形成聚光反射镜，若干个聚光反射镜组成聚光反射镜阵列。本发明还提供另一种带有衬底聚光反射镜的LED芯片的制作方法，包括以下步 骤首先采用激光切割对芯片下表面进行切割制成纵横交错的切割道，相邻交叉的切割道 之间形成聚光反射镜，若干个聚光反射镜组成聚光反射镜阵列。本发明还提供第三种带有衬底聚光反射镜的LED芯片的制作方法，包括以下步 骤包括以下步骤首先通过光刻在芯片下表面上制作若干个直径为50微米的圆形保护 膜，然后应用磷酸系列的混合腐蚀液在250摄氏度的温度下对芯片下表面上圆形保护膜以外的区域进行刻蚀，刻蚀深度10微米，由此制作出聚光反射镜阵列。本发明还提供第四种带有衬底聚光反射镜的LED芯片的制作方法，包括以下步 骤包括以下步骤，首先通过光刻在芯片下表面上制作若干个直径为50微米的圆形保护 膜，然后采用等离子体刻蚀设备对芯片下表面上圆形保护膜以外的区域进行刻蚀，刻蚀深 度10微米，由此制作出聚光反射镜阵列。本发明采取以上技术方案，与现有技术相比，具有以下优点LED芯片发光结构发出的光经衬底下表面的聚光反射镜反射后会有更多的光汇聚 到芯片上表面的全反射角内从芯片内出射，从而提高了 LED芯片的出光效率，通过试验证 明，45mil尺寸芯片的出光效率可以获得8%以上的提升，而55mil尺寸芯片的出光效率可 以获得13%以上的提升。因而本发明所制作的LED芯片将比一般的没有本发明所使用的衬底聚光反射镜 的LED芯片获得更高的光效。同时，通过衬底聚光反射镜阵列的制作也可以增加一部分器 件的散热面积，从而进一步提升器件的性能。下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
附图1是本发明背景技术中传统蓝光LED芯片的结构示意图；附图2是本发明背景技术中传统蓝光LED芯片安装在封装平台上的结构示意图；附图3是本发明实施例中带有衬底聚光反射镜阵列的蓝光LED芯片的结构示意 图；附图4是本发明实施例1中采用的金刚石切割刀楔形刀头的结构示意图；附图5是本发明实施例1中LED芯片下表面上切割道的结构示意图；附图6是本发明实施例1和2中聚光反射镜阵列的结构示意图；附图7是本发明实施例3和4中聚光反射镜阵列的结构示意图。图中1-衬底；2-GaN半导体缓冲层；3-半导体结构；4_光发射结构；5_半导体结 构；6-芯片上表面；7-芯片下表面；8-聚光反射镜阵列；9-高反射率光学反射膜；10-封装平台ο
具体实施例方式实施例1，如图3所示，一种带有衬底聚光反射镜的LED芯片，包括衬底1，所述衬 底1的上侧依次固接有GaN半导体缓冲层2，半导体结构3和光发射结构4及半导体结构5， 半导体结构5的上侧为芯片上表面6，衬底1的下侧为芯片下表面7，所述芯片下表面7上 设有具有对入射光反射后起到会聚作用的聚光反射镜阵列8，所述聚光反射镜阵列8为矩 形阵列。所述聚光反射镜阵列8包括若干个同一类型的聚光反射镜，所述聚光反射镜的横 向截面为矩形、纵向剖面为倒梯型，所述聚光反射镜的外壁上蒸镀有高反射率光学反射膜 9。 上述LED芯片的制作方法是 首先利用金刚石切割刀如附图4所示的楔形刀头剖面，通过它在LED芯片衬底下表面7上切割出如附图5所示的纵横交错的切割道，这样相邻交叉的切割道之间就构成了 如附图6所示的形成聚光反射镜组成聚光反射镜阵列8。然后在聚光反射镜的外表面蒸镀高反射率金属材料Al的高反射光学反射膜9，进 一步提升聚光反射镜阵列的反射效果，通过调整切割道的间距以及切割道的深度，我们制 作了三种不同的倒梯形聚光反射镜阵列，如下所述I型切割道间距0. 1mmXO. 1mm,切割道深度10微米；II型切割道间距0. 06mmX0. 06mm,切割道深度5微米；III型切割道间距0. 06mmX0. 06mm，切割道深度10微米；IV型切割道间距0. 4mmX0. 4mm,切割道深度30微米；同时，为了验证聚光反射 镜阵列对不同尺寸的LED芯片的影响差异，我们将上述三种类型的倒梯形聚光反射镜阵列 制作到45mil尺寸和55mil尺寸的芯片上，具体测试结果如表1所示
权利要求
1.一种带有衬底聚光反射镜的LED芯片，包括芯片上表面(6)和芯片下表面(7)，其特征在于所述芯片下表面(7)上设有具有对入射光反射后起到会聚作用的聚光反射镜阵列 ⑶。
2.如权利要求1所述的一种带有衬底聚光反射镜的LED芯片，其特征在于所述聚光 反射镜阵列(8)包括若干个同一类型的聚光反射镜。
3.如权利要求2所述的一种带有衬底聚光反射镜的LED芯片，其特征在于所述聚光 反射镜阵列(8)为矩形阵列。
4.如权利要求3所述的一种带有衬底聚光反射镜的LED芯片，其特征在于所述聚光 反射镜的横向截面为矩形、纵向剖面为倒梯型。
5.如权利要求4所述的一种带有衬底聚光反射镜的LED芯片，其特征在于所述聚光 反射镜阵列(8)包括若干个纵横交错的切割道，相邻交叉的切割道之间形成聚光反射镜。
6.如权利要求5所述的一种带有衬底聚光反射镜的LED芯片，其特征在于所述切割 道的间距为0. 06 0. 4mmX0. 06 0. 4mm，切割道深度为5 30 μ m。
7.如权利要求3所述的一种带有衬底聚光反射镜的LED芯片，其特征在于所述聚光 反射镜的横向截面为圆形、纵向剖面为倒梯型。
8.如权利要求7所述的一种带有衬底聚光反射镜的LED芯片，其特征在于所述聚光 反射镜位于芯片下表面(7)上的直径为50μπι，其深度为ΙΟμπι，相邻的聚光反射镜之间的 间距为50 μ m。
9.如权利要求1所述的一种带有衬底聚光反射镜的LED芯片，其特征在于所述聚光 反射镜阵列(8)包括若干个不同类型的聚光反射镜。
10.如权利要求9所述的一种带有衬底聚光反射镜的LED芯片，其特征在于所述若干 个聚光反射镜的纵向截面是倒锥型、半球型、双曲型、倒梯型或折面型中的其中至少任两种 的组合。
11.如权利要求2-10其中之一所述的一种带有衬底聚光反射镜的LED芯片，其特征在 于所述聚光反射镜的外壁上蒸镀有高反射率光学反射膜(9)。
12.如权利要求11所述的一种带有衬底聚光反射镜的LED芯片，其特征在于所述高 反射率光学反射膜(9)由高反射率金属材料制成。
13.如权利要求12所述的一种带有衬底聚光反射镜的LED芯片，其特征在于所述高 反射率金属材料为Al或Ag。
14.如权利要求11所述的一种带有衬底聚光反射镜的LED芯片，其特征在于所述高 反射率光学反射膜(9)由介质材料Si02、Si、Ti02、MgF2、A1203中的至少任两种组合组成 的分布布拉格反射镜构成。
15.一种如权利要求1 6其中之一所述的带有衬底聚光反射镜的LED芯片的制作方 法，其特征在于包括以下步骤首先采用金刚石切割刀对芯片下表面(7)进行切割制成纵 横交错的切割道，相邻交叉的切割道之间形成聚光反射镜，若干个聚光反射镜组成聚光反 射镜阵列⑶。
16.一种如权利要求1 6其中之一所述的带有衬底聚光反射镜的LED芯片的制作方 法，其特征在于包括以下步骤首先采用激光对芯片下表面(7)进行切割制成纵横交错的 切割道，相邻交叉的切割道之间形成聚光反射镜，若干个聚光反射镜组成聚光反射镜阵列(8)。
17.—种如权利要求7或8所述的带有衬底聚光反射镜的LED芯片的制作方法，其特征 在于包括以下步骤首先通过光刻在芯片下表面(7)上制作若干个直径为50微米的圆形 保护膜，然后应用磷酸系列的混合腐蚀液在250摄氏度的温度下对芯片下表面(7)上圆形 保护膜以外的区域进行腐蚀，腐蚀深度10微米，由此制作出聚光反射镜阵列(8)。
18.—种如权利要求7或8所述的带有衬底聚光反射镜的LED芯片的制作方法，其特 征在于包括以下步骤，首先通过光刻在芯片下表面(7)上制作若干个直径为50微米的圆 形保护膜，然后采用等离子体刻蚀设备对芯片下表面(7)上圆形保护膜以外的区域进行刻 蚀，刻蚀深度10微米，由此制作出聚光反射镜阵列⑶。
全文摘要
本发明公开了一种带有衬底聚光反射镜的LED芯片，包括芯片上表面和芯片下表面，所述芯片下表面上设有具有对入射光反射后起到会聚作用的聚光反射镜阵列，其制作方法是通过金刚石切割刀或激光切割在芯片下表面进行切割制成纵横交错的切割道，相邻交叉的切割道之间形成聚光反射镜，若干个聚光反射镜组成聚光反射镜阵列，或是通过光刻在芯片下表面上制作若干个圆形保护膜，然后采用磷酸系列的混合腐蚀液或等离子体刻蚀设备对芯片下表面上圆形保护膜以外的区域进行刻蚀，由此制作出聚光反射镜阵列，本发明LED芯片能够获得更高的光效，同时，通过衬底聚光反射镜阵列的制作也可以增加一部分器件的散热面积，从而进一步提升器件的性能。
文档编号H01L33/46GK102148324SQ201110024650
公开日2011年8月10日 申请日期2011年1月24日 优先权日2011年1月24日
发明者刘凯, 单志辉, 孙卜序, 孙夕庆, 张彦伟 申请人:中微光电子(潍坊)有限公司