一種晶圓級的垂直結(jié)構(gòu)白光led芯片的制作方法
【專利摘要】本實用新型揭示了一種晶圓級的垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片，該垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片包括：襯底，所述襯底具有第一表面和第二表面；外延層，所述外延層設(shè)置于所述襯底的第一表面上；金屬電極，所述金屬電極設(shè)置于所述外延層上并與所述外延層相連；熒光粉混合層，所述熒光粉混合層設(shè)置在所述外延層上。通過光刻將其金屬焊盤電極以及劃片道保護起來，之后通過涂覆熒光粉混合體固化最后通過減薄、研磨、拋光的方法得到所需要的熒光粉厚度層，之后去除光刻膠，得到晶圓級的垂直結(jié)構(gòu)白光LED。本實用新型得到色溫基本一致的垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片，并在芯片級出射白光，大大提高了白光LED的生產(chǎn)效率。
【專利說明】一種晶圓級的垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型發(fā)光二級管(LED)制造領(lǐng)域，特別是涉及一種晶圓級的垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片。

【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(light emitting d1de，簡稱LED)根據(jù)不同發(fā)光材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)和屬性，分為無機LED (—般稱為LED)和有機LED (—般稱為OLEDs)。1993年，藍色氮化鎵(GaN) LED技術(shù)獲得突破，在此基礎(chǔ)上1996年實現(xiàn)了無機LED白光發(fā)射。由于白光LED具有低電壓驅(qū)動、全固態(tài)、低功耗、長效可靠等優(yōu)點，白光LED器件在照明相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用研宄都受到了學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)界的高度重視。因為白光LED是一種符合環(huán)保節(jié)能綠色照明理念的高效光源，因此，目前以白光LED為主的半導(dǎo)體照明技術(shù)(第四代照明技術(shù))在全世界范圍內(nèi)得到了大力的推動和發(fā)展，正在形成巨大的產(chǎn)業(yè)。白光LED器件實現(xiàn)白光的方式主要有三種:1.藍光LED芯片激發(fā)黃色熒光粉，通過復(fù)合得到白光；2.紫外LED激發(fā)紅、綠、藍三基色熒光粉，通過復(fù)合得到白光；3.紅、綠、藍三基色LED多芯片通過集成封裝從而得到白光。目前最常見的白光LED實現(xiàn)方式是色轉(zhuǎn)換型，即在藍光LED芯片表面涂敷一層黃色熒光粉?，F(xiàn)階段的白光LED的封裝一般都是有封裝將藍光LED芯片通過固晶的方式將芯片固定在基板上，之后焊線，點硅膠于熒光粉的混合體，得到白光LED的出射，因為垂直結(jié)構(gòu)芯片的發(fā)光角度較水平結(jié)構(gòu)芯片小，在垂直方向上的光強度很強，側(cè)面發(fā)光兩很少，采用點膠工藝得到的熒光粉層都是弧形，不是一個平面，這樣得到的白光芯片容易出現(xiàn)藍圈或者黃圈，導(dǎo)致單顆白光芯片色溫分布不均勻。如果能在芯片表面涂覆一層與芯片發(fā)光尺寸大小接近而且厚度一致的熒光粉層，就能很好的解決傳統(tǒng)封裝的藍圈和黃圈的問題。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片在通過點膠工藝涂覆硅膠與熒光粉得混合物層而產(chǎn)生顏色的不均勻性，為此提供一種提高了色溫分布的均勻性的晶元級垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片。
[0004]本實用新型的技術(shù)方案是:一種晶圓級的垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片，它包括:襯底，所述襯底具有第一表面和第二表面；由自上至下依次層疊設(shè)置的N型半導(dǎo)體層、發(fā)光外延層和P型半導(dǎo)體層組成的外延層；熒光粉混合層，還包括設(shè)置在外延層之上并與所述外延層連接的金屬電極，所述金屬電極包括金屬焊盤電極和金屬擴展電極，所述熒光粉混合層設(shè)置在所述外延層的外表面上并使得金屬焊盤電極暴露在外。
[0005]上述方案的改進是所述襯底為導(dǎo)電襯底，所述垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片還包括金屬鍵合層、金屬反射層和金屬焊料層，所述金屬焊料層設(shè)置于所述襯底的第二表面上，其材質(zhì)是金、金錫合金、鋁和鋁合金的任意一種；所述金屬反射層設(shè)置于所述襯底的第一表面和P型半導(dǎo)體層之間；所述金屬鍵合層設(shè)置于金屬反射層和襯底之間。
[0006]上述方案的進一步改進是所述垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片還包括鈍化層，所述鈍化層設(shè)置于所述N型半導(dǎo)體層上。
[0007]上述方案的進一步改進是所述垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片還包括粗化層，所述粗化層設(shè)置在所述外延層和所述熒光粉混合層之間。
[0008]較佳的，所述發(fā)光外延層為激發(fā)紫外光或藍紫光的多量子阱有源層。
[0009]較佳的，所述熒光粉混合層的材質(zhì)包含熒光粉和粘結(jié)膠水。
[0010]較佳的，所述熒光粉為黃色熒光粉、綠色熒光粉及紅色熒光粉中一種或幾種的組合；所述粘結(jié)膠水包括硅膠、變性硅樹脂、環(huán)氧樹脂、變性環(huán)氧樹脂及丙稀樹脂中的一種或幾種的組合。
[0011]較佳的，所述焚光粉混合層的厚度為5um~500um。
[0012]較佳的，所述熒光粉混合層的尺寸等于所述外延層的大小尺寸，或大于所述外延層的大小尺寸并包裹所述外延層的側(cè)壁。
[0013]本實用新型的有益效果是所述熒光粉混合層直接涂敷在外延層上，通過光刻工藝露出金屬焊盤電極，通過減薄研磨拋光的方法得到厚度一致的硅膠熒光粉層，不會像點膠工藝得到的熒光粉層都是弧形，出現(xiàn)藍圈或者黃圈，進而避免產(chǎn)生顏色的不均勻性的問題，降低同批次的產(chǎn)品色溫差異，形成色溫一致的白光LED ;2.所述垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片在芯片級發(fā)出白光，大大提高了白光的生產(chǎn)效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型第一實施例晶元級的垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片的結(jié)構(gòu)的截面圖；
[0015]圖2是本實用新型第二實施例晶元級的垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片的結(jié)構(gòu)的截面圖；
[0016]圖中，101、襯底，102、外延層，103、熒光粉混合層，104、金屬電極，105、金屬鍵合層，106、金屬反射層，111、金屬焊料層，112、P型半導(dǎo)體層，113、發(fā)光外延層，114、N型半導(dǎo)體層，115、粗化層，116、鈍化層。

【具體實施方式】
[0017]下面將結(jié)合示意圖對本實用新型的垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片進行更詳細(xì)的描述，其中表示了本實用新型的優(yōu)選實施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本實用新型，而仍然實現(xiàn)本實用新型的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對本實用新型的限制。
[0018]在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本實用新型。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本實用新型的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本實用新型實施例的目的。
[0019]本實用新型的核心思想在于，提供一種晶元級的垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片，該垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片中所述熒光粉混合層直接涂敷在外延層表面，以解決現(xiàn)有的垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片在通過點膠工藝涂覆硅膠與熒光粉得混合物層而產(chǎn)生顏色的不均勻性問題，提高了色溫分布的均勻性。
[0020]以下列舉所述垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片的幾個實施例，以清楚說明本實用新型的內(nèi)容，應(yīng)當(dāng)明確的是，本實用新型的內(nèi)容并不限制于以下實施例，其他通過本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的常規(guī)技術(shù)手段的改進亦在本實用新型的思想范圍之內(nèi)。
[0021]【第一實施例】
[0022]以下請參考圖1，其為本實用新型第一實施例的垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片的結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0023]本實用新型所述垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片包括:101、襯底；102、外延層；103、熒光粉混合層；104、金屬電極；105、金屬鍵合層；106、金屬反射層；111、金屬焊料層；112、P型半導(dǎo)體層；113、發(fā)光外延層；114、N型半導(dǎo)體層；115、粗化層；116、鈍化層。
[0024]如圖1所示，在本實施例中，所述襯底101為導(dǎo)電襯底，襯底101可以從以下一組材料中選出，該組材料包括:硅、鋁硅、金屬或合金，在較佳的實施例中，襯底101選取鋁硅襯底，這樣襯底的翹曲度較小有利于芯片的加工。襯底101具有第一表面和第二表面。
[0025]金屬鍵合層105設(shè)置在襯底101的第二表面上，較佳的實施例為由金錫合金(AuSn)沉積而成，或者是由金(Au)沉積而成。
[0026]襯底101的第二表面還設(shè)置有一層焊料層。在本實施例中，焊料層111為金屬焊料層，用于芯片封裝的共晶工藝。焊料層的材料可以為金或者金錫的合金，也可以是鋁或鋁的合金。
[0027]金屬反射層106設(shè)置在金屬鍵合層105的表面。反射層106的材料米用高反射光的材料，較佳的如銀以及鎳銀合金，提高該垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片的出光率。
[0028]外延層102設(shè)置于金屬反射層的表面上，外延層102的材料可以為氮化鎵基材料、磷化鎵及材料、鎵氮磷基材料或氧化鋅基材料。外延層102包括自下至上依次層疊設(shè)置的P型半導(dǎo)體層112、發(fā)光外延層113和N型半導(dǎo)體層114，發(fā)光外延層113為激發(fā)紫外光或藍紫光的多量子阱有源層。本實施例中的外延層102的結(jié)構(gòu)并不限于P型GaN層結(jié)構(gòu)-AlGaN多量子阱有源層-N型AlGaN層，其它可以激發(fā)紫外光或藍紫光的外延層結(jié)構(gòu)，如P型GaN層-1nGaN/GaN多量子阱有源層_N型GaN層也在本實用新型的思想范圍內(nèi)。另外，外延層102上有一層粗化層115，因為在本實施例中外延層102最上層為N型半導(dǎo)體層114，所以對N型半導(dǎo)體層114表面進行粗化以得到粗化層115，從而提高該垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片的發(fā)光效率。粗化層115可以通過濕法腐蝕粗化、干法刻蝕粗化以及生長光子晶體的方法得到。金屬電極104設(shè)置于外延層上表面，其金屬電極包括金屬擴展電極以及金屬焊盤電極。通過光刻的方法將金屬焊盤電極保護起來，光刻保護膠的厚度在10um-500um之間。
[0029]熒光粉混合層103設(shè)置在外延層102之上并使得金屬焊盤電極暴露在外，由于在本實施例中的外延層102上設(shè)置有鈍化層116，所以熒光粉混合層103設(shè)置在鈍化層116的上表面上，金屬電極的高度不超過熒光粉混合層的高度；熒光粉混合層103的材料包含熒光粉和粘結(jié)膠水，其中，熒光粉可以為黃色熒光粉、綠色熒光粉及紅色熒光粉中的一種或幾種的組合，粘結(jié)膠水具有一定黏度和硬度，所述粘結(jié)膠水為硅樹脂、變性硅樹脂、環(huán)氧樹月旨、變性環(huán)氧樹脂、丙稀樹脂，或至少包含上述樹脂中的一種的混合樹脂。較佳的，熒光粉為YAG系以及原硅酸鋇(Barium ortho-Silicate，簡稱BOS)系熒光粉。熒光粉混合層的厚度為5um~100um，較佳的為25um、36um、45um。為得到不同色溫的垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片，該焚光粉與粘結(jié)膠水的配比一定的范圍內(nèi)調(diào)整。熒光粉混合層103的大小尺寸等于或大于外延層102的尺寸以便形成側(cè)壁的包裹。在本實施例中，熒光粉混合層103為配置比例較佳的為黃色熒光粉(YAG)占硅膠百分比濃度為15%，還可以是硅樹脂與黃色熒光粉(YAG)以及氮化物紅色熒光粉的混合體，還可以是硅樹脂與黃色熒光粉(YAG)以及氮化物紅色熒光粉、綠色熒光粉的混合體。
[0030]在本實施例中，實現(xiàn)熒光粉混合層103的過程為:在垂直結(jié)構(gòu)藍光芯片晶元表面光刻一層厚度為10um-500um的光刻圖形，較佳的為60um-l 10um之間，將焊盤電極以及芯片的劃片道遮擋，通過勻膠、曝光、顯影、得到所需要的光刻圖形。
[0031]配置黃色熒光粉與硅膠的混的體，熒光粉所占的百分比濃度為15%，充分?jǐn)嚢杈鶆颍谡婵障渲谐檎婵?，抽出硅膠與黃色熒光粉混合體之間的氣泡。將配置好的熒光粉與硅樹脂的混合體通過點膠機均勻的涂覆在LED晶圓的表面，采用涂刷器使其平坦化。靜置一段時間之后將LED晶圓放在150°C的烘烤箱中烘烤2h進行固化，在減薄機上減薄到一定厚度之后，再通過研磨機對其進行研磨拋光，最后可以在化學(xué)機械拋光機(CMP )上對其進行精拋光使其表面進行平坦化。得到具有一定厚度熒光粉混合層103。通過激光劃片機對芯片進行切割，得到單芯片具有熒光粉混合層103的垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片。本實用新型中，硅樹脂與熒光粉的混合體的固化既可以是在烘烤盤上固化，也可以是在烘箱中固化。將涂覆好的硅樹脂與熒光粉涂覆在LED晶圓表面之后的平坦化，可以用涂刷器使其平坦化，也可以利用其自重使其表面平坦化。研磨拋光之后達到所需要的熒光粉層厚度之后，也可以不進行CMP精拋光。
[0032]在本實施例中，該垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片中外延層102被激發(fā)出藍紫光或紫外光，該藍紫光或紫外光激發(fā)熒光粉混合層103直接在芯片級發(fā)出白光，形成色溫一致的白光LED，大大提高了白光的生產(chǎn)效率。
[0033]【第二實施例】
[0034]本實用新型第二實施例為第一實施例的修改例。以下請參考圖2，其為本實用新型第二實施例的垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片的結(jié)構(gòu)的截面圖。在圖中，相同的參考標(biāo)號表示等同于圖1中標(biāo)號，不同之處在于實施例二中沒有蒸鍍金屬焊料層111，這樣利用襯底導(dǎo)電可以節(jié)省成本，但其后續(xù)的封裝工藝不能采用共晶焊的方法封裝，只能采用錫膏或者銀膠的方式封裝?？煽啃暂^實施例一要差一點。
[0035]綜上所述，本實用新型所述垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型提供的晶圓級的垂直結(jié)構(gòu)白光LED具有以下優(yōu)點:
[0036]1.本實用新型所述的垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片中，所述熒光粉混合層直接涂敷在外延層上，通過光刻工藝露出焊盤，通過減薄研磨拋光的方法得到厚度一致的硅膠熒光粉層，不會像點膠工藝得到的熒光粉層都是弧形，出現(xiàn)藍圈或者黃圈，進而避免產(chǎn)生顏色的不均勻性的問題，降低同批次的產(chǎn)品色溫差異，形成色溫一致的白光LED。
[0037]2.所述垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片在芯片級發(fā)出白光，大大提尚了白光的生廣效率。
[0038]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種晶圓級的垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片，它包括:襯底(101)，所述襯底具有第一表面和第二表面；由自上至下依次層疊設(shè)置的N型半導(dǎo)體層(114)、發(fā)光外延層(113)和P型半導(dǎo)體層(112)組成的外延層(102);熒光粉混合層(103)，其特征是還包括設(shè)置在外延層之上并與所述外延層連接的金屬電極(104)，所述金屬電極包括金屬焊盤電極和金屬擴展電極，所述熒光粉混合層設(shè)置在所述外延層的外表面上并使得金屬焊盤電極暴露在外。
2.如權(quán)利要求1所述的一種晶圓級的垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片，其特征在于，所述襯底為導(dǎo)電襯底，所述垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片還包括金屬鍵合層(105)、金屬反射層(106)和金屬焊料層(111 )，所述金屬焊料層設(shè)置于所述襯底的第二表面上，其材質(zhì)是金、金錫合金、鋁和鋁合金的任意一種；所述金屬反射層設(shè)置于所述襯底的第一表面和P型半導(dǎo)體層之間；所述金屬鍵合層設(shè)置于金屬反射層和襯底之間。
3.如權(quán)利要求2中所述的一種晶圓級的垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片，其特征在于，所述垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片還包括鈍化層(116)，所述鈍化層設(shè)置于所述N型半導(dǎo)體層上。
4.如權(quán)利要求3所述的一種晶圓級的垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片，其特征在于，所述垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片還包括粗化層(115)，所述粗化層設(shè)置在所述外延層和所述熒光粉混合層之間。
5.如權(quán)利要求1所述的一種晶圓級的垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片，其特征在于，所述發(fā)光外延層為激發(fā)紫外光或藍紫光的多量子阱有源層。
6.如權(quán)利要求1中所述的一種晶圓級的垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片，其特征在于，所述熒光粉混合層的材質(zhì)包含熒光粉和粘結(jié)膠水。
7.如權(quán)利要求6所述的一種晶圓級的垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片，其特征在于，所述熒光粉為黃色熒光粉、綠色熒光粉及紅色熒光粉中一種或幾種的組合。
8.如權(quán)利要求6所述的一種晶圓級的垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片，其特征在于，所述粘結(jié)膠水包括硅膠、變性硅樹脂、環(huán)氧樹脂、變性環(huán)氧樹脂及丙稀樹脂中的一種或幾種的組合。
9.如權(quán)利要求1-8任一中所述的一種晶圓級的垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片，其特征在于，所述焚光粉混合層的厚度為5um~100um。
10.如權(quán)利要求1-8任一所述的一種晶圓級的垂直結(jié)構(gòu)白光LED芯片，其特征在于，所述熒光粉混合層的尺寸等于所述外延層的大小尺寸，或大于所述外延層的大小尺寸并包裹所述外延層的側(cè)壁。
【文檔編號】H01L33/06GK204230291SQ201420791571
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月16日
【發(fā)明者】萬遠(yuǎn)濤, 于正國 申請人:安徽弘光電子科技有限公司