專利名稱：一種帶有襯底聚光反射鏡的led芯片及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LED芯片及其制作方法，具體的說涉及一種帶有襯底聚光反射鏡 的LED芯片及其制作方法，屬于LED芯片制造及LED照明領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近幾年隨著世界范圍內(nèi)的節(jié)能環(huán)保概念興起，LED芯片技術(shù)得到迅猛發(fā)展，氮化物 半導(dǎo)體LED芯片發(fā)光效率提高很快，以藍光LED芯片作為激發(fā)源的白光LED單燈光源效率 已達到130流明/瓦以上，遠遠超過了普通節(jié)能燈的光效，LED技術(shù)已開始全面進入通用照 明市場。隨著LED應(yīng)用范圍的進一步擴大，對LED器件發(fā)光效率的要求也越來越高。如附圖1所示，現(xiàn)有的藍光LED芯片結(jié)構(gòu)包括襯底1，所述襯底1由Al2O3晶體材質(zhì) 的藍寶石、SiC、Si或GaN晶體材料構(gòu)成，GaN半導(dǎo)體緩沖層2，n型AlJnyGai_x_yN(0彡χ彡1， O^y^ 1)材料的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)3，GaN/lnyGai_yN(0 ^ y ^ 1)量子阱結(jié)構(gòu)的光發(fā)射結(jié)構(gòu)4及 ρ型AlxIny(iai_x_yN(0彡χ彡1，0彡y彡1)材料的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)5，其中襯底i的厚度為20-450 微米，η型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)3可以由一層AlJrvGh^NO)彡χ彡1，0彡y彡1)材料層或多層不 同組份的ΑΜηρ^ΝΟ)彡χ彡1，0彡y彡1)材料層構(gòu)成，光發(fā)射結(jié)構(gòu)4可以由一對或多 對量子阱結(jié)構(gòu)成，P型的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)5可以由一層AlJnyGai_x_yN(0彡χ彡^ 1)材 料層或多層不同組份的AlJnPmNO)彡χ彡1，0彡y彡1)材料層構(gòu)成，ρ型的半導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)5、光發(fā)射結(jié)構(gòu)4和η型的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)3的總共厚度為1 10微米。LED芯片中發(fā)光結(jié)構(gòu)4中所發(fā)出的光在芯片各個方向上，包括LED芯片的表面、底 面和側(cè)面，其中射向芯片上表面6和芯片下表面7的出射光占了整體發(fā)光的75%以上。由 于目前的LED芯片制造、封裝技術(shù)中所采用的方式都是將LED芯片平行封裝在封裝平臺上。如附圖2所示，芯片的下表面7與封裝平臺10的表面貼合，因而在這種情況下，射 向芯片襯底下表面7與封裝平臺10交界面的光將無法獲得有效地利用而造成光損失。為 有效利用LED光發(fā)射結(jié)構(gòu)4的出射光，目前常用方法是在襯底的下表面7制作一層高反射 率的反射鏡將射向襯底下表面7的出射光反射到別的方向，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，這一部分光中只有在全反射角內(nèi)的部分才能 夠從LED中真正出射。因而如果我們能夠?qū)腖ED芯片下表面7反射的光盡可能的匯聚到此全反射角 內(nèi)，就能夠使得芯片的出光效率獲得極大的提升，所以問題就歸結(jié)到了如何匯聚LED芯片 下表面7的反射光，這就促進了本發(fā)明的提出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是提供一種帶有襯底聚光反射鏡的LED芯片，能夠最有效的 匯聚LED襯底下表面的反射光，使這些反射光匯聚到LED上表面的全反射角內(nèi)，從而最大限 度的提升芯片的出光效率。為了解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種帶有襯底聚光反射鏡的LED芯片，包括芯片上表面和芯片下表面，所述芯片 下表面上設(shè)有具有對入射光反射后起到會聚作用的聚光反射鏡陣列。以下是本發(fā)明對上述方案的進一步改進所述聚光反射鏡陣列包括若干個同一類型的聚光反射鏡。進一步改進所述聚光反射鏡陣列為矩形陣列。進一步改進所述聚光反射鏡的橫向截面為矩形、縱向剖面為倒梯型。所述聚光反射鏡陣列包括若干個縱橫交錯的切割道，相鄰交叉的切割道之間形成 聚光反射鏡。進一步改進所述切割道的間距為0. 06 0. 4mmX0. 06 0. 4mm，切割道深度為5 30 μ m。另一種改進所述聚光反射鏡的橫向截面為圓形、縱向剖面為倒梯型。進一步改進所述聚光反射鏡位于芯片下表面上的直徑為50μπι，其深度為ΙΟμπι，相鄰的聚光 反射鏡之間的間距為50 μ m。另一種改進所述聚光反射鏡陣列包括若干個不同類型的聚光反射鏡。進一步改進所述若干個聚光反射鏡的縱向截面是倒錐型、半球型、雙曲型、倒梯型或折面型中 的其中至少任兩種的組合。另一種改進所述聚光反射鏡的外壁上蒸鍍有高反射率光學(xué)反射膜。進一步改進所述高反射率光學(xué)反射膜由高反射率金屬材料制成，所述高反射率金屬材料為Al 或Ag。另一種改進所述高反射率光學(xué)反射膜由介質(zhì)材料Si02、Si、Ti02、MgF2、A1203其中至少任兩 種組合組成的分布布拉格反射鏡構(gòu)成。本發(fā)明還提供一種帶有襯底聚光反射鏡的LED芯片的制作方法，包括以下步驟 首先采用金剛石切割刀對芯片下表面進行切割制成縱橫交錯的切割道，相鄰交叉的切割道 之間形成聚光反射鏡，若干個聚光反射鏡組成聚光反射鏡陣列。本發(fā)明還提供另一種帶有襯底聚光反射鏡的LED芯片的制作方法，包括以下步 驟首先采用激光切割對芯片下表面進行切割制成縱橫交錯的切割道，相鄰交叉的切割道 之間形成聚光反射鏡，若干個聚光反射鏡組成聚光反射鏡陣列。本發(fā)明還提供第三種帶有襯底聚光反射鏡的LED芯片的制作方法，包括以下步 驟包括以下步驟首先通過光刻在芯片下表面上制作若干個直徑為50微米的圓形保護 膜，然后應(yīng)用磷酸系列的混合腐蝕液在250攝氏度的溫度下對芯片下表面上圓形保護膜以外的區(qū)域進行刻蝕，刻蝕深度10微米，由此制作出聚光反射鏡陣列。本發(fā)明還提供第四種帶有襯底聚光反射鏡的LED芯片的制作方法，包括以下步 驟包括以下步驟，首先通過光刻在芯片下表面上制作若干個直徑為50微米的圓形保護 膜，然后采用等離子體刻蝕設(shè)備對芯片下表面上圓形保護膜以外的區(qū)域進行刻蝕，刻蝕深 度10微米，由此制作出聚光反射鏡陣列。本發(fā)明采取以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點LED芯片發(fā)光結(jié)構(gòu)發(fā)出的光經(jīng)襯底下表面的聚光反射鏡反射后會有更多的光匯聚 到芯片上表面的全反射角內(nèi)從芯片內(nèi)出射，從而提高了 LED芯片的出光效率，通過試驗證 明，45mil尺寸芯片的出光效率可以獲得8%以上的提升，而55mil尺寸芯片的出光效率可 以獲得13%以上的提升。因而本發(fā)明所制作的LED芯片將比一般的沒有本發(fā)明所使用的襯底聚光反射鏡 的LED芯片獲得更高的光效。同時，通過襯底聚光反射鏡陣列的制作也可以增加一部分器 件的散熱面積，從而進一步提升器件的性能。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。


附圖1是本發(fā)明背景技術(shù)中傳統(tǒng)藍光LED芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是本發(fā)明背景技術(shù)中傳統(tǒng)藍光LED芯片安裝在封裝平臺上的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3是本發(fā)明實施例中帶有襯底聚光反射鏡陣列的藍光LED芯片的結(jié)構(gòu)示意 圖；附圖4是本發(fā)明實施例1中采用的金剛石切割刀楔形刀頭的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖5是本發(fā)明實施例1中LED芯片下表面上切割道的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖6是本發(fā)明實施例1和2中聚光反射鏡陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖7是本發(fā)明實施例3和4中聚光反射鏡陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-襯底；2-GaN半導(dǎo)體緩沖層；3-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；4_光發(fā)射結(jié)構(gòu)；5_半導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)；6-芯片上表面；7-芯片下表面；8-聚光反射鏡陣列；9-高反射率光學(xué)反射膜；10-封裝平臺ο
具體實施例方式實施例1，如圖3所示，一種帶有襯底聚光反射鏡的LED芯片，包括襯底1，所述襯 底1的上側(cè)依次固接有GaN半導(dǎo)體緩沖層2，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)3和光發(fā)射結(jié)構(gòu)4及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)5， 半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)5的上側(cè)為芯片上表面6，襯底1的下側(cè)為芯片下表面7，所述芯片下表面7上 設(shè)有具有對入射光反射后起到會聚作用的聚光反射鏡陣列8，所述聚光反射鏡陣列8為矩 形陣列。所述聚光反射鏡陣列8包括若干個同一類型的聚光反射鏡，所述聚光反射鏡的橫 向截面為矩形、縱向剖面為倒梯型，所述聚光反射鏡的外壁上蒸鍍有高反射率光學(xué)反射膜 9。 上述LED芯片的制作方法是 首先利用金剛石切割刀如附圖4所示的楔形刀頭剖面，通過它在LED芯片襯底下表面7上切割出如附圖5所示的縱橫交錯的切割道，這樣相鄰交叉的切割道之間就構(gòu)成了 如附圖6所示的形成聚光反射鏡組成聚光反射鏡陣列8。然后在聚光反射鏡的外表面蒸鍍高反射率金屬材料Al的高反射光學(xué)反射膜9，進 一步提升聚光反射鏡陣列的反射效果，通過調(diào)整切割道的間距以及切割道的深度，我們制 作了三種不同的倒梯形聚光反射鏡陣列，如下所述I型切割道間距0. 1mmXO. 1mm,切割道深度10微米；II型切割道間距0. 06mmX0. 06mm,切割道深度5微米；III型切割道間距0. 06mmX0. 06mm，切割道深度10微米；IV型切割道間距0. 4mmX0. 4mm,切割道深度30微米；同時，為了驗證聚光反射 鏡陣列對不同尺寸的LED芯片的影響差異，我們將上述三種類型的倒梯形聚光反射鏡陣列 制作到45mil尺寸和55mil尺寸的芯片上，具體測試結(jié)果如表1所示
權(quán)利要求
1.一種帶有襯底聚光反射鏡的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)上設(shè)有具有對入射光反射后起到會聚作用的聚光反射鏡陣列 ⑶。
2.如權(quán)利要求1所述的一種帶有襯底聚光反射鏡的LED芯片，其特征在于所述聚光 反射鏡陣列(8)包括若干個同一類型的聚光反射鏡。
3.如權(quán)利要求2所述的一種帶有襯底聚光反射鏡的LED芯片，其特征在于所述聚光 反射鏡陣列(8)為矩形陣列。
4.如權(quán)利要求3所述的一種帶有襯底聚光反射鏡的LED芯片，其特征在于所述聚光 反射鏡的橫向截面為矩形、縱向剖面為倒梯型。
5.如權(quán)利要求4所述的一種帶有襯底聚光反射鏡的LED芯片，其特征在于所述聚光 反射鏡陣列(8)包括若干個縱橫交錯的切割道，相鄰交叉的切割道之間形成聚光反射鏡。
6.如權(quán)利要求5所述的一種帶有襯底聚光反射鏡的LED芯片，其特征在于所述切割 道的間距為0. 06 0. 4mmX0. 06 0. 4mm，切割道深度為5 30 μ m。
7.如權(quán)利要求3所述的一種帶有襯底聚光反射鏡的LED芯片，其特征在于所述聚光 反射鏡的橫向截面為圓形、縱向剖面為倒梯型。
8.如權(quán)利要求7所述的一種帶有襯底聚光反射鏡的LED芯片，其特征在于所述聚光 反射鏡位于芯片下表面(7)上的直徑為50μπι，其深度為ΙΟμπι，相鄰的聚光反射鏡之間的 間距為50 μ m。
9.如權(quán)利要求1所述的一種帶有襯底聚光反射鏡的LED芯片，其特征在于所述聚光 反射鏡陣列(8)包括若干個不同類型的聚光反射鏡。
10.如權(quán)利要求9所述的一種帶有襯底聚光反射鏡的LED芯片，其特征在于所述若干 個聚光反射鏡的縱向截面是倒錐型、半球型、雙曲型、倒梯型或折面型中的其中至少任兩種 的組合。
11.如權(quán)利要求2-10其中之一所述的一種帶有襯底聚光反射鏡的LED芯片，其特征在 于所述聚光反射鏡的外壁上蒸鍍有高反射率光學(xué)反射膜(9)。
12.如權(quán)利要求11所述的一種帶有襯底聚光反射鏡的LED芯片，其特征在于所述高 反射率光學(xué)反射膜(9)由高反射率金屬材料制成。
13.如權(quán)利要求12所述的一種帶有襯底聚光反射鏡的LED芯片，其特征在于所述高 反射率金屬材料為Al或Ag。
14.如權(quán)利要求11所述的一種帶有襯底聚光反射鏡的LED芯片，其特征在于所述高 反射率光學(xué)反射膜(9)由介質(zhì)材料Si02、Si、Ti02、MgF2、A1203中的至少任兩種組合組成 的分布布拉格反射鏡構(gòu)成。
15.一種如權(quán)利要求1 6其中之一所述的帶有襯底聚光反射鏡的LED芯片的制作方 法，其特征在于包括以下步驟首先采用金剛石切割刀對芯片下表面(7)進行切割制成縱 橫交錯的切割道，相鄰交叉的切割道之間形成聚光反射鏡，若干個聚光反射鏡組成聚光反 射鏡陣列⑶。
16.一種如權(quán)利要求1 6其中之一所述的帶有襯底聚光反射鏡的LED芯片的制作方 法，其特征在于包括以下步驟首先采用激光對芯片下表面(7)進行切割制成縱橫交錯的 切割道，相鄰交叉的切割道之間形成聚光反射鏡，若干個聚光反射鏡組成聚光反射鏡陣列(8)。
17.—種如權(quán)利要求7或8所述的帶有襯底聚光反射鏡的LED芯片的制作方法，其特征 在于包括以下步驟首先通過光刻在芯片下表面(7)上制作若干個直徑為50微米的圓形 保護膜，然后應(yīng)用磷酸系列的混合腐蝕液在250攝氏度的溫度下對芯片下表面(7)上圓形 保護膜以外的區(qū)域進行腐蝕，腐蝕深度10微米，由此制作出聚光反射鏡陣列(8)。
18.—種如權(quán)利要求7或8所述的帶有襯底聚光反射鏡的LED芯片的制作方法，其特 征在于包括以下步驟，首先通過光刻在芯片下表面(7)上制作若干個直徑為50微米的圓 形保護膜，然后采用等離子體刻蝕設(shè)備對芯片下表面(7)上圓形保護膜以外的區(qū)域進行刻 蝕，刻蝕深度10微米，由此制作出聚光反射鏡陣列⑶。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶有襯底聚光反射鏡的LED芯片，包括芯片上表面和芯片下表面，所述芯片下表面上設(shè)有具有對入射光反射后起到會聚作用的聚光反射鏡陣列，其制作方法是通過金剛石切割刀或激光切割在芯片下表面進行切割制成縱橫交錯的切割道，相鄰交叉的切割道之間形成聚光反射鏡，若干個聚光反射鏡組成聚光反射鏡陣列，或是通過光刻在芯片下表面上制作若干個圓形保護膜，然后采用磷酸系列的混合腐蝕液或等離子體刻蝕設(shè)備對芯片下表面上圓形保護膜以外的區(qū)域進行刻蝕，由此制作出聚光反射鏡陣列，本發(fā)明LED芯片能夠獲得更高的光效，同時，通過襯底聚光反射鏡陣列的制作也可以增加一部分器件的散熱面積，從而進一步提升器件的性能。
文檔編號H01L33/46GK102148324SQ201110024650
公開日2011年8月10日 申請日期2011年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月24日
發(fā)明者劉凱, 單志輝, 孫卜序, 孫夕慶, 張彥偉 申請人:中微光電子(濰坊)有限公司