CN105489733A - Led芯片及其形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED芯片及其形成方法。该LED芯片包括：LED管芯，LED管芯包括衬底、形成在衬底之上的第一半导体层、形成在第一半导体之上的量子阱层和形成在量子阱层之上的第二半导体层，其中，第一半导体层包括第一区域和环绕第一区域的第二区域，量子阱层形成在第一区域之上；第一电极，第一电极形成在第二区域之上；第二电极，第二电极形成在第二半导体层之上；以及封装支架，封装支架具有导电基板、第一导电端和与导电基板相连的第二导电端，其中，LED管芯设置在导电基板之上，且第一导电端与第二电极相连，导电基板与第一电极相连。本发明中第一电极环绕第二电极，能够有效增强电流扩散均匀性，提高LED发光效率，增加芯片寿命。

Description

LED芯片及其形成方法

技术领域

本发明涉及LED(LightEmittingDiode，发光二极管)制造技术领域，具体涉及一种LED芯片及其形成方法。

背景技术

LED有长寿命，无污染，低功耗等特点，它作为一种绿色环保灯具已经在逐步推广使用并得到广泛认可。目前使用的LED芯片包括LED管芯和支架。其中，LED管芯通常采用绝缘的蓝宝石为衬底，因而其PN电极结构是水平的。此种结构的LED芯片后期经过封装形成灯珠，才能应用在灯具上。常规的封装工艺需要用固晶胶将芯片固定在支架上，并在正负电极位置焊接金线引出导线至支架电极上，如图1所示。

上述技术中，具有蓝宝石衬底的、双电极水平结构的LED芯片的电流扩散不均匀，易造成电流拥堵效应，不仅会降低发光效率，而且会降低芯片的使用寿命。芯片在后期封装过程中，固晶胶若采取普通的绝缘白胶，则封装后成品散热效果不佳；固晶胶若采用散热较好的导电银胶，则易出现固晶时导电银胶高度过高，造成芯片漏电。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种具有电流扩散均匀性好、发光效率高、使用寿命长的LED芯片及其形成方法。

根据本发明第一方面实施例的LED芯片，可以包括：LED管芯，所述LED管芯包括衬底、形成在所述衬底之上的第一半导体层、形成在所述第一半导体之上的量子阱层和形成在所述量子阱层之上的第二半导体层，其中，所述第一半导体层包括第一区域和环绕所述第一区域的第二区域，所述量子阱层形成在所述第一区域之上；第一电极，所述第一电极形成在所述第二区域之上；第二电极，所述第二电极形成在所述第二半导体层之上；以及封装支架，所述封装支架具有导电基板、第一导电端和与所述导电基板相连的第二导电端，其中，所述LED管芯设置在所述导电基板之上，且所述第一导电端与所述第二电极相连，所述导电基板与所述第一电极相连。

根据本发明实施例的LED芯片中，第一电极位于芯片表面的边缘位置，第二电极位于芯片表面的中心位置，第一电极环绕第二电极，该设计有效增强电流扩散均匀性，提高LED发光效率，增加芯片寿命。

另外，根据本发明上述实施例的LED芯片还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一个实施例中，所述第一电极和所述导电基板之间通过导电体相连，所述导电体围绕所述LED管芯的侧壁设置。

在本发明的一个实施例中，所述导电体为导电银胶。

在本发明的一个实施例中，所述第一导电端和所述第二电极之间通过金线焊接相连。

在本发明的一个实施例中，还包括：形成在所述第二电极和所述第二半导体层之间的透明导电层，其中，所述透明导电层的尺寸小于或等于所述第二半导体层的尺寸。

根据本发明第二方面实施例的LED芯片的形成方法，可以包括步骤：提供LED管芯，所述LED管芯包括衬底、形成在所述衬底之上的第一半导体层、形成在所述第一半导体之上的量子阱层和形成在所述量子阱层之上的第二半导体层，其中，所述第一半导体层包括第一区域和环绕所述第一区域的第二区域，所述量子阱层形成在所述第一区域之上；在所述第二区域之上形成第一电极；在所述第二半导体层之上形成第二电极；以及将所述LED管芯设置在封装支架的导电基板之上，其中，所述封装支架具有第一导电端和与所述导电基板相连的第二导电端，其中，所述第一导电端与所述第二电极相连，所述导电基板与所述第一电极相连。

根据本发明实施例的方法得到的LED芯片中，第一电极位于芯片表面的边缘位置，第二电极位于芯片表面的中心位置，第一电极环绕第二电极，该设计有效增强电流扩散均匀性，提高LED发光效率，增加芯片寿命。

另外，根据本发明上述实施例的LED芯片的形成方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一个实施例中，通过导电体连接所述第一电极和所述导电基板，所述导电体围绕所述LED管芯的侧壁设置。

在本发明的一个实施例中，所述导电体为导电银胶。

在本发明的一个实施例中，通过以下步骤实现将所述LED管芯设置所述导电基板之上，并且实现所述第一电极和所述导电基板的连接：将所述LED管芯的底部与所述导电基板顶部相对设置；向所述LED管芯与所述导电基板之间注入导电银胶前体，并且沿着所述LED芯管的侧壁附着导电银胶前体；和将所述导电银胶前体固化为导电银胶。

在本发明的一个实施例中，通过以下步骤实现将所述LED管芯设置所述导电基板之上，并且实现所述第一电极和所述导电基板的连接：在所述导电基板顶部设置导电银胶前体；向所述导电银胶前体中压入所述LED管芯，以使所述导电银胶前体的一部分存留于所述LED管芯与所述导电基板之间，另一部分从侧面溢出后围绕所述LED管芯的侧壁；和将所述导电银胶前体固化为导电银胶。

在本发明的一个实施例中，通过金线焊接所述第一导电端和所述第二电极。

在本发明的一个实施例中，还包括步骤：在所述第二电极和所述第二半导体层之间形成透明导电层，其中，所述透明导电层的尺寸小于或等于所述第二半导体层的尺寸。

附图说明

图1是现有技术的LED芯片的结构示意图。

图2是本发明一个实施例的LED芯片的结构示意图。

图3是本发明另一个实施例的LED芯片的结构示意图。

图4是本发明又一个实施例的LED芯片的结构示意图。

图5是本发明一个实施例的LED芯片的形成方法的流程示意图。

图6a-6h是本发明一个实施例的LED芯片的形成方法的具体过程示意图。

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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图2-图4描述本发明实施例的LED芯片。

本发明一个实施例的LED芯片如图2所示，可以包括：LED管芯、第一电极105、第二电极106和封装支架。LED管芯包括衬底101、形成在衬底101之上的第一半导体层102、形成在第一半导体层102之上的量子阱层103和形成在量子阱层103之上的第二半导体层104。其中，第一半导体层102包括第一区域和环绕第一区域的第二区域。量子阱层103形成在第一区域之上。第一电极105形成在第二区域之上。第二电极106形成在第二半导体层104之上。封装支架具有导电基板201、第一导电端202和与导电基板201相连的第二导电端203。第一导电端202和第二导电端203是指封装支架中与外围电路正负导线分别相连的两个金属接触部分。其中，LED管芯设置在导电基板201之上，且第一导电端202与第二电极106相连，导电基板201与第一电极105相连。该实施例的LED芯片中，第一电极105位于芯片表面的边缘位置，第二电极106位于芯片表面的中心位置，第一电极105环绕第二电极106，该设计有效增强电流扩散均匀性，提高LED发光效率，增加芯片寿命。

需要说明的是，尽管图中采用导线方式实现电学连接，但此处仅是为了示例的方便，而非本发明的限制。以及，LED管芯中还可以根据需要增设缓冲层、钝化保护层等常见结构。这些均为本领域技术人员的已知知识，本文不赘述。

在本发明的另一个实施例中，如图3所示，第一电极105和导电基板201之间可以通过导电体204相连，该导电体204围绕LED管芯的侧壁设置，具体地，导电体204围绕LED管芯的衬底101的侧壁、第一半导体层102的侧壁以及第一电极105的侧壁设置。导电体204可以是块状金属、导电橡胶等任意导电材料制成。由于导电体204仅能与芯片表面的边缘位置的第一电极105接触，从而避免了“第一电极-导电体-第二电极”之间的漏电风险。

可选地，导电体204为导电银胶。导电银胶在本发明中起到固晶和导电双重作用，省略了第一电极与导电基板之间的焊线，达到了将水平结构的芯片按照垂直结构芯片的形式进行封装的效果。导电银胶还具有导热性良好的优点，可以增强LED器件散热效果，减少局部过热出现的光衰等问题，提高产品可靠性。

可选地，第一导电端202和第二电极106之间通过金线焊接相连。本发明中，芯片电极虽然是水平结构，但只需要用金线引出第二电极106即可。

在本发明的又一个实施例中，如图4所示，还可以包括：形成在第二电极106和第二半导体层104之间的透明导电层107。透明导电层107的材料可以为掺锡氧化铟(ITO)、掺铝氧化锌(AZO)、掺镓氧化锌、掺氟氧化锡(FTO)或者其它透明导电材料。需要说明的是，透明导电层107的尺寸小于或等于第二半导体层104的尺寸，这样可以避免透明导电层107突出来一部分，进而与第一电极105接触而导致短路。

下面参考附图5描述本发明实施例的LED芯片的形成方法。

本发明一个实施例的LED芯片的形成方法如图5所示，可以包括以下步骤：

A.提供LED管芯。

LED管芯可以包括衬底、形成在衬底之上的第一半导体层、形成在第一半导体之上的量子阱层和形成在量子阱层之上的第二半导体层，其中，第一半导体层包括第一区域和环绕第一区域的第二区域，量子阱层形成在第一区域之上。需要说明的是，LED管芯中还可以根据需要增设缓冲层、钝化保护层等常见结构。这些均为本领域技术人员的已知知识，本文不赘述。

B.在第二区域之上形成第一电极。

C.在第二半导体层之上形成第二电极。

D.将LED管芯设置在封装支架的导电基板之上，其中，封装支架具有第一导电端和与导电基板相连的第二导电端，其中，第一导电端与第二电极相连，导电基板与第一电极相连。

该实施例的LED芯片的形成方法中，形成的LED芯片中第一电极位于芯片表面的边缘位置，第二电极位于芯片表面的中心位置，第一电极环绕第二电极，该设计有效增强电流扩散均匀性，提高LED发光效率，增加芯片寿命。

在本发明的一个实施例中，通过导电体连接第一电极和导电基板，导电体围绕LED管芯的侧壁设置，具体地，导电体围绕LED管芯的衬底的侧壁、第一半导体层的侧壁以及第一电极的侧壁设置。导电体可以是块状金属、导电橡胶等任意导电材料制成。由于导电体仅能与芯片表面的边缘位置的第一电极接触，从而避免了“第一电极-导电体-第二电极”之间的漏电风险。

在本发明的一个实施例中，导电体为导电银胶。导电银胶在本发明中起到固晶和导电双重作用，省略了第一电极与导电基板之间的焊线，达到了将水平结构的芯片按照垂直结构芯片的形式进行封装的效果。导电银胶还具有导热性良好的优点，可以增强LED器件散热效果，减少局部过热出现的光衰等问题，提高产品可靠性。

在本发明的一个实施例中，通过以下步骤实现将LED管芯设置导电基板之上，并且实现第一电极和导电基板的连接：将LED管芯的底部与导电基板顶部相对设置；向LED管芯与导电基板之间注入导电银胶前体，并且沿着LED芯管的侧壁附着导电银胶前体；将导电银胶前体固化为导电银胶。需要注意的是，沿着LED芯管的侧壁附着导电银胶前体时，至少要涂刷到与第一电极的高度，以确保导电银胶和第一电极连接。

在本发明的一个实施例中，通过以下步骤实现将LED管芯设置导电基板之上，并且实现第一电极和导电基板的连接：在导电基板顶部设置导电银胶前体；向导电银胶前体中压入LED管芯，以使导电银胶前体的一部分存留于LED管芯与导电基板之间，另一部分从侧面溢出后围绕LED管芯的侧壁；将导电银胶前体固化为导电银胶。需要说明的是，如果选用的导电银胶前体材料的表面张力不够时，导电银胶前体从侧面溢出后易于平淌成一滩，不易在侧壁堆出一定高度来，此时可以借助模具在LED管型的侧壁的外围进行塑形。

在本发明的一个实施例中，通过金线焊接第一导电端和第二电极。本发明中，芯片电极虽然是水平结构，但只需要用金线引出第二电极即可。

在本发明的一个实施例中，还可以包括步骤：在第二电极和第二半导体层之间形成透明导电层。透明导电层的材料可以为掺锡氧化铟(ITO)、掺铝氧化锌(AZO)、掺镓氧化锌、掺氟氧化锡(FTO)或者其它透明导电材料。其中，透明导电层的尺寸小于或等于第二半导体层的尺寸，这样可以避免透明导电层突出来一部分，进而与第一电极接触而导致短路。

为使本领域技术人员更好地理解本发明的LED芯片及其形成方法，申请人结合图6a至图6f介绍一个详细实施例。

(一)制作LED管芯

如图6a所示，采用蓝宝石的衬底101，在上方依次外延Hh缓冲层111、N-GaN层(第一半导体层)102、量子肼层103、P-GaN层(第二半导体层)104。

如图6b所示，进行干法刻蚀以暴露出N-GaN层102的第二区域，从俯视角度看该第二区域呈边缘环状。

如图6c所示，在P-GaN层104之上形成ITO层(透明导电层)107。ITO层边界略小于P-GaN层边界宽度为5-7um，以避免芯片出现漏电。

如图6d所示，制作出N电极(第一电极)105和P电极(第二电极)106。P电极106位于芯片表面中心位置，N电极105位于芯片侧表面边缘且呈环型状。电极材料一般为金及其合金。此时器件的俯视图如图6e所示。

如图6f所示，在器件表面的非电极位置沉积一层SiO₂材料的钝化层108。该钝化层108是绝缘的，起到保护芯片防止漏电的作用，同时还有增加出光率的作用。

(二)固晶及封装

采用导电和导热性能良好的导电银胶将上述步骤制得的LED管芯粘接在封装支架中的导电基板201上。注意控制固晶机的参数条件，特别是控制胶量大小，使得在固晶过程中导电银胶前体恰好能够沿着LED管芯侧面溢出到整个环形的N电极105位置侧方或上方。导电银胶前体的用量要合理设置。若导电银胶前体用量过少，则导电银胶前体沿着LED管芯侧面溢出后达不到N电极105下沿的高度，从而造成断路。若导电银胶前体用量过多，则导电银胶前体沿着LED管芯侧面溢后漫过钝化层108表面，从而影响芯片出光率。然后将器件放入烤箱烘烤，使导电银胶前体固化为固态的导电银胶，如图6g所示。

由于该LED芯片仅在中心位置暴露出一个圆形P电极105，因此只需要用焊线机对P电极105进行焊线并引出导线至封装支架的第一导电端(即支架的导电正极)。焊线采用纯度99.99％的金线。如图6h所示。

最后，再根据需要进行点胶，切割，测试包装等工艺，完成LED芯片的封装。

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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (12)

1.一种LED芯片，其特征在于，包括：

LED管芯，所述LED管芯包括衬底、形成在所述衬底之上的第一半导体层、形成在所述第一半导体之上的量子阱层和形成在所述量子阱层之上的第二半导体层，其中，所述第一半导体层包括第一区域和环绕所述第一区域的第二区域，所述量子阱层形成在所述第一区域之上；

第一电极，所述第一电极形成在所述第二区域之上；

第二电极，所述第二电极形成在所述第二半导体层之上；

以及

封装支架，所述封装支架具有导电基板、第一导电端和与所述导电基板相连的第二导电端，其中，所述LED管芯设置在所述导电基板之上，且所述第一导电端与所述第二电极相连，所述导电基板与所述第一电极相连。

2.如权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述第一电极和所述导电基板之间通过导电体相连，所述导电体围绕所述LED管芯的侧壁设置。

3.如权利要求2所述的LED芯片，其特征在于，所述导电体为导电银胶。

4.如权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述第一导电端和所述第二电极之间通过金线焊接相连。

5.如权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，还包括：

形成在所述第二电极和所述第二半导体层之间的透明导电层，其中，所述透明导电层的尺寸小于或等于所述第二半导体层的尺寸。

6.一种LED芯片的形成方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供LED管芯，所述LED管芯包括衬底、形成在所述衬底之上的第一半导体层、形成在所述第一半导体之上的量子阱层和形成在所述量子阱层之上的第二半导体层，其中，所述第一半导体层包括第一区域和环绕所述第一区域的第二区域，所述量子阱层形成在所述第一区域之上；

在所述第二区域之上形成第一电极；

在所述第二半导体层之上形成第二电极；以及

将所述LED管芯设置在封装支架的导电基板之上，其中，所述封装支架具有第一导电端和与所述导电基板相连的第二导电端，其中，所述第一导电端与所述第二电极相连，所述导电基板与所述第一电极相连。

7.如权利要求6所述的LED芯片的形成方法，其特征在于，通过导电体连接所述第一电极和所述导电基板，所述导电体围绕所述LED管芯的侧壁设置。

8.如权利要求7所述的LED芯片的形成方法，其特征在于，所述导电体为导电银胶。

9.如权利要求8所述的LED芯片的形成方法，其特征在于，通过以下步骤实现将所述LED管芯设置所述导电基板之上，并且实现所述第一电极和所述导电基板的连接：

将所述LED管芯的底部与所述导电基板顶部相对设置；

向所述LED管芯与所述导电基板之间注入导电银胶前体，并且沿着所述LED芯管的侧壁附着导电银胶前体；和

将所述导电银胶前体固化为导电银胶。

10.如权利要求8所述的LED芯片的形成方法，其特征在于，通过以下步骤实现将所述LED管芯设置所述导电基板之上，并且实现所述第一电极和所述导电基板的连接：

在所述导电基板顶部设置导电银胶前体；

向所述导电银胶前体中压入所述LED管芯，以使所述导电银胶前体的一部分存留于所述LED管芯与所述导电基板之间，另一部分从侧面溢出后围绕所述LED管芯的侧壁；和

将所述导电银胶前体固化为导电银胶。

11.如权利要求6所述的LED芯片的形成方法，其特征在于，通过金线焊接所述第一导电端和所述第二电极。

12.如权利要求6所述的LED芯片的形成方法，其特征在于，还包括步骤：

在所述第二电极和所述第二半导体层之间形成透明导电层，其中，所述透明导电层的尺寸小于或等于所述第二半导体层的尺寸。