LED芯片、LED芯片封装结构及制作方法与流程

本发明涉及led发光器件技术领域，特别涉及一种led芯片、led芯片封装结构及制作方法。

背景技术：

蓝光led（发光二极管）芯片大多都是以蓝宝石为衬底的，典型的结构包括以下部分：⑴在蓝宝石基底材料上沉积外延层，该外延层从下到上依次为缓冲层、n型gan层、发光层、p型gan层；⑵在p型gan层形成p电极，在芯片表面局部位置从p型gan层刻蚀至n型gan层，并在此区域上制作形成n电极。

此常规水平结构的led芯片含有一个正极和一个负极金属接触层，直流电从正极通入后能够正常发光。而用led做成的器件通常都会包含一个驱动电源，用于把交流电转换为可用的直流电。

日常生活照明环境下使用的都是220v交流电，而常规的led芯片只能用直流电驱动，所以led芯片在后期封装形成器件时需要增加一个直流驱动电源，这样就能把日常的交流电经过整流作用转换为led所用的直流电。但是直流驱动电源本身的体积偏大，在led器件的在形成中占有过大的体积。而且驱动电源在能量转换时本身会消耗部分电功率，消耗的电功率又会产生大量的热，增加器件的散热负担，最终影响led器件的发光效率；同时驱动电源寿命普遍比led芯片低很多，导致的结果是led器件中芯片未坏，而驱动电源先损坏，所以整个器件的使用寿命会大大降低。

在其它场景中，譬如汽车发电机发电时产生的是交流电，它也会经过整流器将电流转换为直流电，然后供给汽车指示灯以及仪表灯使用，此过程中的整流器也会消耗功率，占用空间。

直流电驱动的芯片在长时间点亮后，由于负电极区域会发生电流拥堵效应，发生电流拥堵时，电流经过扩散聚集在负极区域。而负极区域只有一个，因此负电极区域会产生大量的热，芯片过热就会老化，影响芯片的性能。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。为此，本发明提出一种led芯片，该led芯片可以直接采用交流电驱动，相比直流led芯片，无需直流驱动电源，提高了电功转换效率，而且散热效果更好，增加了led芯片的使用寿命和可靠性。

为解决上述问题，本发明提出一种led芯片，包括：外延片，所述外延片上具有第一电极区域和第二电极区域，所述第一电极区域内设有第一正极和第一负极，所述第二电极区域内设有第二正极和第二负极；所述外延片上设有用于电隔离的沟槽，所述第一正极和第二负极位于所述沟槽的一侧，所述第一负极和第二正极位于所述沟槽的另一侧；共晶层，所述共晶层包括第一共晶层和第二共晶层，所述第一共晶层设置于第一电极区域并覆盖第一正极和第一负极，所述第二共晶层设置于第二电极区域并覆盖第二正极和第二负极。

本发明还提出一种led芯片封装结构，包括：基板，所述基板上设置有电极；如上所述的led芯片，所述led芯片倒置在所述基板上，所述第一共晶层和第二共晶层与所述基板上的电极对应连接。

基于上述实施例的led芯片的结构，本发明另一方面实施例提出一种led芯片的制作方法，包括：

形成外延片，所述外延片包括衬底和在衬底上依次形成的缓冲层、n型半导体层、发光层和p型半导体层；

在外延片上形成刻蚀至衬底的沟槽，并在沟槽内填充绝缘材料，所述沟槽将外延片分割为两部分，沟槽的两侧分别设置第一电极区域和第二电极区域；

在外延片上的第一电极区域和第二电极区域分别形成负电极孔，所述负电极孔刻蚀至n型半导体层；

在p型半导体层上形成导电层；

在第一电极区域和第二电极区域的导电层上分别形成第一正极和第二正极，在第一电极区域和第二电极区域的负电极孔中分别形成第二负极和第二正极；

在负电极孔的侧壁与第一负极和第二负极之间形成绝缘层；

形成共晶层，所述共晶层包括第一共晶层和第二共晶层，所述第一共晶层形成在第一电极区域并覆盖第一正极和第一负极，所述第二共晶层形成在第二电极区域并覆盖第二正极和第二负极。

根据本发明实施例的led芯片，交流电会选择从led芯片的第一电极区域或第二电极区域的正极流入，从另外一个电极区域的负极流出，因此可以直接采用交流电驱动，相比直流led芯片，无需直流驱动电源，提高了电功转换效率；其次，本发明实施例的led芯片在电极区域设置了共晶层，提高了led芯片的散热效果；同时，led芯片的两侧各设有一个负电极，在交流电的周期中，芯片两侧的电流方向交替变化，负电极区域的电流拥堵效应就被分散在了led芯片的两侧，整个led芯片发热均匀，增加了led芯片的使用寿命和可靠性。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明的一个实施例的led芯片的结构示意图；

图2为根据本发明的一个实施例的led芯片的俯视图；

图3-图10为根据本发明的一个实施例的led芯片制作过程的结构示意图；

图11为根据本发明的一个实施例的led芯片封装结构的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的led芯片、led芯片封装结构及led芯片的制备方法。

首先，对本发明实施例的led芯片进行说明，本发明实施例的led芯片特别适用于倒装led芯片结构。如图1、图2和图10所示，本发明实施例的led芯片100，包括外延片10，所述外延片10上具有第一电极区域110和第二电极区域120，所述第一电极区域内设有第一正极111和第一负极112，所述第二电极区域120内设有第二正极121和第二负极122；所述外延片10上设有用于电隔离的沟槽101，所述第一正极111和第二负极122位于所述沟槽101的一侧，所述第一负极112和第二正极121位于所述沟槽101的另一侧；共晶层20，所述共晶层20包括第一共晶层21和第二共晶层22，所述第一共晶层21设置于第一电极区域110并覆盖第一正极111和第一负极112，所述第二共晶层22设置于第二电极区域120并覆盖第二正极121和第二负极122。

具体地，在外延片10表面定义第一电极区域110和第二电极区域120，两个电极区域分别位于外延片10上的两侧，优选地呈对称分布，电极区域的形状不作限定，在本实施例中设置为矩形，每个电极区域各设有一个正极和一个负极。外延片10上还设有具有电隔离作用的沟槽101，第一正极111和第二负极122位于所述沟槽101的一侧，所述第一负极121和第二正极112位于所述沟槽101的另一侧。也即是说，这里的电隔离是指沟槽101具有隔断电流的效果，使得沟槽101两侧的电极之间电流不能流通，为了使沟槽101具有电隔离作用，所述沟槽101的深度延伸至外延片10的衬底。

所述共晶层20的材料选择可导电的材料，例如选用cr/ti/au、ti/al、ti/au等合金中的一种，共晶层20的厚度为0.8-1.5um。共晶层20覆盖外延片10表面的面积占外延片10表面总面积的50%-70%，位于外延片10两侧的第一共晶层21和第二共晶层22之间间隔距离50-200um，共晶层20与外延片10的边缘距离20-40um。

与现有的直流led芯片相比，本发明实施例的led芯片可直接采用交流电驱动，向共晶层通入交流电时，交流电的电流方向交替变化，由于发光二极管的电学特性，交流电会选择从led芯片的第一电极区域或第二电极区域的正极流入，从另外一个电极区域的负极流出，因此无需额外的直流驱动电源，避免了交流电转换成直流电的能量损失，提高了电功转换效率，还可以减小led器件的体积，节约成本。

其次，本发明实施例的led芯片在电极区域设置了共晶层，共晶层在外延片上的覆盖面积较大，可有效提高led芯片的散热效果。同时，本发明实施例的led芯片两侧的电极区域各设有一个负电极，在交流电的周期中，芯片两侧的电流方向交替变化，负电极区域的电流拥堵效应就被分散在了led芯片的两侧，使得整个led芯片发热均匀，增加了led芯片的使用寿命和可靠性。

在本发明的一个实施例中，所述led芯片还包括导电层16，所述外延片10包括衬底11、位于衬底11之上的缓冲层12、n型半导体层13、发光层14和p型半导体层15，所述导电层16设于p型半导体层15之上，所述第一正电极111和第二正电极121设置在导电层16上并与导电层16电连接；所述第一电极区域110和第二电极区域120上设有延伸至n型半导体层13的负电极孔102，所述第一负电极112和第二负电极122设置在负电极孔102中并与n型半导体层13电连接，所述负电极孔102的侧壁与第一负电极112和第二负电极122之间设有绝缘层18。

具体地，所述外延片10为以蓝宝石为衬底的gan基外延片，n型半导体层13为n型gan层，发光层14为多量子阱层，p型半导体层15为p型gan层。在第一电极区域110和第二电极区域120的导电层16上设置第一正极和第二正极，在第一电极区域和第二电极区域上分别设有一个负电极孔102，该负电极孔102延伸至n型gan层，然后在负电极孔102中沉积负极，为了使得负极不与多量子阱层、p型gan层及导电层电连接，在负电极孔102的侧壁与第一负极和第二负极之间设置绝缘层18，使得负极不能和多量子阱层和p型gan层连通，仅是负极的底部与n型gan层电连接。所述绝缘层18可为sio2层，所述导电层为ito（氧化铟锡）层，厚度为100-300nm。

优选地，所述沟槽101内填充有绝缘材料，绝缘材料可以为sio2等具有绝缘特性的材料，如此可进一步保证沟槽101具有隔断电流的效果。所述沟槽101的深度为4-6um，沟槽101的宽度为3-8um。

优选地，为了提高倒装led芯片的发光亮度，可以选择在导电层16之上沉积一层反射层17，反射层17的材料可以为ag、al或者是dbr（布拉格反射层）。进一步地，所述反射层17上还可设有保护层19，用于保护反射层17，所述共晶层20位于保护层19上面，保护层的可以为sio2层，厚度为300-600um。

如图11所示，本发明另一方面还提供一种led芯片封装结构，包括基板200和上面所述的led芯片100，所述基板200上设置有电极，所述led芯片100倒置在基板200上，所述第一共晶层21和第二共晶层22与所述基板200上的电极对应连接。具体地，将制作完成的led芯片100利用共晶焊接的技术倒置在基板200上进行封装，焊接完成后的第一共晶层21和第二共晶层22无需区分正负极，可以直接使用交流电驱动。该led芯片的倒装结构由于设置共晶层有利于led芯片的散热，而且交流电在led芯片内电流流向的交替变化使得芯片发热更均匀，避免单个区域过热，延长了led芯片的寿命，提高芯片的可靠性。

基于上述方面实施例的led芯片的结构，下面参照附图1-图11描述提出一种led芯片的制作方法。

本发明实施例的led芯片的制作方法包括以下步骤：

s1、形成外延片10，所述外延片10包括衬底11和在衬底11上依次形成的缓冲层12、n型半导体层13、发光层14和p型半导体层15。

具体地，以蓝宝石为衬底，采用mocvd（金属有机化学气相沉积）设备制备led的外延层，从蓝宝石衬底依次向上包括：缓冲层例如氮化镓，n型半导体层例如n-gan（n型氮化镓），发光层例如mqw（多量子肼层）结构，p型半导体层例如p-gan（p型氮化镓）。

s2、在外延片10上形成刻蚀至衬底11的沟槽101，并在沟槽101内填充绝缘材料，所述沟槽101将外延片10分割为两部分，沟槽101的两侧分别设置第一电极区域110和第二电极区域120。

具体地，采用icp（电感耦合等离子刻蚀）的方式在外延片上刻蚀出直线型沟槽，沟槽从p-gan刻蚀至蓝宝石衬底，然后用绝缘材料sio2填充沟槽，保证沟槽两侧的芯片绝缘，不能流通电流。所述沟槽把外延片分割为两部分，在沟槽的两侧分别定义第一电极区域和第二电极区域。在本发明一个实施例中，沟槽将外延片平均分割为两部分，沟槽的深度为4-6um，沟槽的宽度为3-8um。

s3、在外延片10上的第一电极区域110和第二电极区域120分别形成负电极孔102，所述负电极孔102刻蚀至n型半导体层13。

具体地，采用icp刻蚀机进行干法刻蚀外延片，在外延片上的第一电极区域和第二电极区域分别形成负电极孔，暴露出n型半导体层。icp刻蚀时间约为15分钟，负电极孔的刻蚀深度为1.2-1.5um，刻蚀结束后浸泡去胶液，以去除表面残余光刻胶。

s4、在p型半导体层15上形成导电层16。

具体地，采用蒸镀或者溅射镀膜的方法，在外延片表面制得透明导电层，成分为ito，导电层的厚度100-300nm。完成ito镀膜后再次进行黄光光刻，保留需要的区域，需要ito层只覆盖在p型半导体表面，所述沟槽上方未覆盖ito层，优选地在负电极孔边界处留有3-5um的距离没有ito层。光刻完成后利用ito刻蚀液对ito进行湿法刻蚀，时间10-20分钟。刻蚀完成后，去除残余光刻胶，再将外延片放入退火炉中进行退火，退火温度450-540℃，时间30分钟。

s5、在第一电极区域110和第二电极区域120的导电层16上分别形成第一正极111和第二正极121，在第一电极区域110和第二电极区域120的负电极孔102中分别形成第一负极112和第二负极122。

具体地，在黄光条件，采用负性光刻胶进行光刻，暴露出需要镀电极的区域，接着放置在蒸镀机中在导电层和负电极孔中制作电极。电极材料选用cr/ti/au、ti/al、ti/au等合金材料，电极的厚度为1.5-2um。电极制作完成后去除残余光刻胶以及残金，然后用退火炉在n2氛围下对电极进行退火合金处理，退火时间为16分钟，温度为300-350℃。

s6、在负电极孔102的侧壁上形成绝缘层18。

具体地，所述绝缘层位于负电极孔侧壁与第一负电极或第二负电极之间，所述绝缘层的材料可为sio2。

s7、形成共晶层20，所述共晶层20包括第一共晶层21和第二共晶层22，所述第一共晶层21形成在第一电极区域110并覆盖第一正极111和第一负极121，所述第二共晶层22形成在第二电极区域120并覆盖第二正极121和第二负极112。

具体地，在黄光条件下，采用负性光刻胶进行光刻，暴露出外延片上需要镀共晶层的区域，接着将外延片放置在蒸镀机中制作共晶层，蒸镀完成后去除残余光刻胶以及残金。至此完成led芯片制作。共晶层的材料选择可导电的材料，例如选用cr/ti/au、ti/al、ti/au等合金中的一种，共晶层覆盖外延片表面的面积占外延片表面总面积的50%-70%。在本发明实施例中，共晶层的厚度为0.8-1.5um，位于外延片两侧的第一共晶层和第二共晶层之间间隔距离50-200um，共晶层与外延片的边缘距离20-40um。

进一步地，在步骤s5正负电极的制作完成后，还包括步骤s51、在导电层16上依次形成反射层17和保护层19。

具体地，采用黄光光刻技术，暴露出导电层薄膜区域，其余被光刻胶覆盖，同样的，沟槽上方不能覆盖反射层，光刻完成后将外延片放入蒸镀或者溅射镀膜机内沉积一层反射层，反射层厚度为50-150nm，反射层的材料可以为ag、al或者是dbr（布拉格反射层）。然后采用pecvd（plasmaenhancedchemicalvapordeposition，等离子体增强化学气相沉积）设备，腔体温度300℃，在已完成的led芯片表面沉积一层sio2保护层，保护层厚度为300-600um。接着在黄光环境下光刻，湿法刻蚀掉电极接触位置的sio2保护层，也就是sio2层覆盖led芯片除正负极外的所有区域，完成后浸泡去胶液去除残余光刻胶。需说明的是因保护层和绝缘层可采用相同的材料，步骤s6中的绝缘层可在制作保护层的同时一起形成。

本发明还提供一种led芯片封装结构的制作方法，包括：

提供基板200，所述基板200上设置有电极，；

将上述制作完成的led芯片100倒置在基板200上，将所述第一共晶层21和第二共晶层22与基板200上的电极对应连接。

具体地，将制作完成的led芯片利用共晶焊接的技术倒置在基板上进行封装，焊接完成后的第一共晶层和第二共晶层无需区分正负极，可以直接使用交流电驱动。该led芯片的倒装结构由于设置共晶层有利于led芯片的散热，而且交流电在led芯片内电流流向的交替变化使得芯片发热更均匀，避免单个区域过热，延长了led芯片的寿命，提高芯片的可靠性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。