一种倒装高亮LED的制作方法

一种倒装高亮led
技术领域
1.本实用新型涉及led领域，尤其涉及一种倒装高亮led。


背景技术：

2.相比于传统的正装led而言，倒装led具有比较多的优势，例如无金线掉电极风险、封装散热好、可承受较大电流冲击等，倒装led的应用也愈发广泛，倒装led又可称为倒装芯片(flip chip)。
3.由于倒装led需要通过回流焊的方式固晶在基板上，芯片需要从蓝宝石面出光。芯片量子阱发出的光经过衬底蓝宝石面，入射到空气，蓝宝石的折射率较大约1.96，通过菲涅尔公式(sinθ＝n1/n2)计算，从衬底的光发出到空气的全反射角度为30.67
°
，其余角度的光均需要在衬底中不断反射，直至入射角度小于30.67
°
才可射出，其中存在一部分光在不断的反射中损失，且另一部分光在从芯片的侧壁发出而导致损失，进一步影响倒装芯片的亮度。
4.因此，现有技术还有待于改进和发展。


技术实现要素：

5.鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种倒装高亮led，旨在解决现有的倒装led芯片出光角度较低导致芯片亮度较暗的问题。
6.本实用新型的技术方案如下：
7.一种倒装高亮led，其中，包括：
8.衬底；
9.介质层结构，设置于所述衬底；
10.外延层结构，设置于所述衬底；
11.其中，所述外延层结构设置在所述衬底的正面，所述介质层结构设置在所述衬底的出光面，所述介质层结构的折射率小于预设阈值。
12.所述倒装高亮led，其中，所述预设阈值设置为1.96。
13.所述倒装高亮led，其中，所述介质层结构的折射率大于1，所述介质层结构的厚度范围为所述衬底的厚度设置为100μm-250μm。
14.所述倒装高亮led，其中，所述外延层结构包括依次设置在所述衬底上的第一半导体层、发光层及第二半导体层。
15.所述倒装高亮led，其中，所述第二半导体层上设置有电流阻挡层，所述电流阻挡层覆盖部分所述第二半导体层，所述电流阻挡层的厚度范围为
16.所述倒装高亮led，其中，所述第二半导体层上设置有电流扩展层，所述电流扩展层覆盖所述电流阻挡层，所述电流扩展层的厚度范围为
17.所述倒装高亮led，其中，所述衬底上设置有绝缘层，所述绝缘层覆盖所述外延层结构和所述电流扩展层，所述绝缘层上设置有电极引出结构，所述绝缘层的厚度范围设置
为1μm-4μm。
18.所述倒装高亮led，其中，所述第一半导体层上设置有第一层n电极，所述第一层n电极的厚度范围为1μm-4μm，所述电流扩展层上设置有第一层p电极，所述第一层p电极的厚度范围为1μm-4μm。
19.所述倒装高亮led，其中，所述电极引出结构包括第一电极引出端和第二电极引出端，所述第一电极引出端与所述第一层n电极电性连接，所述第二电极引出端与所述第一层p电极电性连接。
20.一种显示装置，其中，所述显示装置包括上述任一项所述的倒装高亮led，所述显示装置包括线路板，所述线路板与所述led连接。
21.有益效果：本实用新型提供一种倒装高亮led，其中，包括：衬底；介质层结构，设置于所述衬底的出光面上；外延层结构，设置于所述衬底远离所述介质层结构的一面上；其中，所述介质层结构的折射率小于预设阈值。在本实用新型中，通过在衬底的出光面增加一层介质层，且配合介质层的折射率范围在1-1.96的设置方式，增大芯片从蓝宝石面的出光角度，从而达到提高倒装led亮度的效果。
附图说明
22.图1a-图7a为本实用新型的倒装高亮led的制备方法的相应步骤对应的剖面示意图。
23.图1b-图7b为本实用新型的倒装高亮led的制备方法的相应步骤对应的部分俯视示意图。
24.图8为本实用新型的倒装高亮led的沿厚度方向的剖面示意图。
具体实施方式
25.本实用新型提供一种倒装高亮led，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
26.需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接连接到另一个部件或者间接连接至该另一个部件上。
27.还需说明的是，本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，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。
28.倒装led芯片需要从蓝宝石面出光，芯片量子阱发出的光经过衬底蓝宝石面，入射到空气，蓝宝石的折射率较大约1.96，通过菲涅尔公式(sinθ＝n1/n2)计算，从衬底的光发出到空气的全反射角度为30.67
°
，其余角度的光均需要在衬底中不断反射，直至入射角度小于30.67
°
才可射出，其中存在一部分光在不断的反射中损失，且另一部分光在从芯片的
侧壁发出而导致损失，进一步影响倒装芯片的亮度。
29.为了解决上述问题，本实用新型提供了一种倒装高亮led，如图8所示，包括：衬底100；介质层结构200，设置于所述衬底100的出光面上；外延层结构300，设置于所述衬底100远离所述介质层结构200的一面上；其中，所述介质层结构200的折射率小于预设阈值。
30.在本实用新型较佳的实施例中，正因采用上述技术方案，通过在衬底的出光面增加一层介质层，且配合介质层的折射率范围在1-1.96的设置方式，增大芯片从蓝宝石面的出光角度，从而达到提高倒装led亮度的效果。
31.在本实施例中，如图8所示，所述预设阈值设置为1.96。
32.在本实施例中，如图8所示，所述介质层结构200的折射率大于1，所述介质层结构200的厚度范围为所述衬底100的厚度设置为100μm-250μm。
33.具体地，所述介质层结构200为介质层结构200，所述衬底100的出光面为衬底100的背面(即下表面)，所述衬底100为高透光蓝宝石衬底(al2o3)，所述衬底100的上表面用于形成所述倒装高亮led的各功能层，所述衬底100的下表面作为背面。
34.进一步，所述倒装高亮led设置为两个所述衬底100背靠背连接，介质层结构200设置在衬底100的下表面。
35.在本实施例中，所述介质层结构200的折射率设置为1.47。
36.具体地，如图8所示，介质层结构200可以设置为折射率1.47的氧化硅，由于氧化硅用途广泛，材料易得且方便进行加工处理，从而达到降低成本的效果。
37.因此，介质层结构200主要起增透膜的作用，光从介质层结构200发出到空气中，从而使出光角度增加至42.86
°
，进一步使倒装led的亮度增加。
38.在另外的实施例中，介质层结构200可以设置为折射率为1.38542的氟化镁(即mgf2)。
39.在另外的实施例中，质层200可以设置为折射率为1.79581的三氧化二钇(即y2o3)。
40.需要说明的是，本实用新型的左右两个衬底100的上侧部分的结构相同，因此在以下的具体实施例的说明书中均是对led的左侧衬底或右侧衬底上的结构进行描述。
41.在本实施例中，如图1a至图8所示，所述倒装高亮led还包括外延层结构300，所述外延层结构300设置在所述衬底100的正面。
42.具体地，所述衬底100的正面为上表面，所述外延层结构300设置为外延片。
43.在本实施例中，如图8所示，所述外延层结构300包括依次设置在所述衬底100上的第一半导体层310、发光层320及第二半导体层330。
44.具体地，外延层结构300包括由下向上一次设置的第一半导体层310、发光层320及第二半导体层330，所述第一半导体层310设置在所述衬底100的上表面，所述发光层320设置在所述第一半导体层310上，所述第二半导体层330设置在所述发光层320上。
45.进一步，所述第一半导体层310可以设置为n型半导体层(即n-gan层)，n-gan层的平面结构如图2b所示；所述发光层320可以设置为多周期量子阱层(即mqw层)，所述第二半导体层330为p型半导体层(即p-gan层)，mqw层与p-gan层的平面结构如图1b所示。
46.在本实施例中，如图3a至图8所示，所述第二半导体层330上设置有电流阻挡层400，所述电流阻挡层400覆盖部分所述第二半导体层330，所述电流阻挡层400的厚度范围
为
47.具体地，如图3a所示，所述电流阻挡层400可以设置为cb层400(即氧化硅电流阻挡层)，所述cb层400的平面结构如图3b所示，所述cb层400设置在p-gan层330上，所述cb层400具有良好的电流引导效应。
48.在本实施例中，如图4a至图8所示，所述第二半导体层330上设置有电流扩展层500，所述电流扩展层500覆盖所述电流阻挡层400，所述电流扩展层500的厚度范围为
49.具体地，如图4a所示，所述电流扩展层500可以设置为ito层500，所述ito层的平面结构如图4b所示，所述ito层设置在p-gan上，所述ito层500的宽度大于cb层400的宽度，所述ito层500覆盖部分p-gan层330，且完全覆盖cb层400，从而有利于将电流横向扩展。
50.需要说明的是，cb层与ito层均是透明的膜层，从而不会对出光效率及出光强度造成影响。
51.在本实施例中，如图5a至图8所示，所述第一半导体层310上设置有第一层n电极610，所述第一层n电极610的厚度范围为1μm-4μm，所述电流扩展层500上设置有第一层p电极620，所述第一层p电极620的厚度范围为1μm-4μm。
52.具体地，如图5a所示，所述第一层n电极610与第一层p电极620形成metal层600，metal层600的平面结构如图5b所示。
53.在本实施例中，如图6a至图8所示，所述衬底100上设置有绝缘层700，所述绝缘层700覆盖所述外延层结构300、电流扩展层500，所述绝缘层700上设置有电极引出结构800，所述绝缘层700的厚度范围设置为1μm-4μm。
54.具体地，所述绝缘层800可以设置为dbr层800(即氧化硅与氮化硅的叠层)，dbr层800的平面结构如图6b所示，dbr层800覆盖p-gan层330。
55.在本实施例中，如图7a或图8所示，所述电极引出结构800包括第一电极引出端810和第二电极引出端820，所述第一电极引出端810与所述第一层n电极610电性连接，所述第二电极引出端820与所述第一层p电极620电性连接。
56.具体地，如图7a所示，所述电极引出端结构800设置为pad层800，所述第一电极引出端810与第二电极引出端820间隔设置，且第一电极引出端810与第一层n电极610对应设置，第二电极引出端820与第一层p电极620对应设置，所述pad层800的平面结构如图7b所示。
57.需要说明的是，所述第一层n电极610及所述第一层p电极620可以通过dbr层700实现电气绝缘，进而实现所述第一电极引出端810和所述第二电极引出端820之间的电气绝缘；同时，所述dbr层700具有反光作用，可以充当反射镜，可将所述发光层320发出的光中射向dbr层700的部分光反射回。
58.可以理解的是，1m＝106μm，埃(即)是长度单位。
59.结合图1a-图7a、图1b-图7b、图8，对所述倒装高亮led的制备方法进行说明：
60.s10、提供一片正常外延片，外延片包括n-gan、mqw、p-gan三层，在外延片上光刻mesa图形，用干法刻蚀机台刻蚀gan，其中刻蚀气体为bcl3cl2，刻蚀深度1μm-2μm，去胶后即可得到mesa图形，如图1a或图1b所示。
61.s20、在上述mesa层上光刻iso图形，使用干法刻蚀机台刻穿gan至衬底层，其中刻蚀气体为bcl3cl2，刻蚀深度4μm-8μm，去胶后得到iso图形，如图2a或2b所示。
62.s30、在外延层上沉积一层氧化硅层(cb层)，cb层厚度在在cb层上光刻cb图形，湿法腐蚀cb去胶后得到cb层，如图3a或图3b所示。
63.s40、在上述cb层上溅射一层ito层，ito层厚度在在ito层上光刻ito图形，湿法腐蚀ito去胶后得到ito层，如图4a或图4b所示。
64.s50、在上述ito图形上，使用负胶光刻metal图形，蒸镀一层电流扩展层金属，剥离金属去胶后得到metal图形，如图5a或图5b所示。
65.s60、在上述metal图形上蒸镀氧化硅与氮化硅的叠层(dbr)，dbr厚度在1μm-4μm，dbr上光刻dbr图形，使用干法刻蚀机台，干法蚀刻dbr，其中刻蚀气体为cf4o2ar，去胶后得到dbr图形，如图6a或图6b所示。
66.需要说明的是，需要通过cf4o2ar刻穿dbr层。
67.s70、在上述dbr层上采用负胶光刻pad图形，使用富林蒸镀机台蒸镀pad电极，电极厚度在1μm-4μm，蓝膜剥离去胶后得到pad图形，如图7a或7b所示。
68.s80、对衬底层进行研磨抛光，研磨厚度在500μm-600μm，衬底剩余厚度在100μm-250μm，在所述的衬底表面蒸镀一层介质层，所述的介质层的折射率在1.96以下，所述介质层的厚度在如图8所示。
69.需要说明的是，介质层可以是氧化硅(折射率1.47)，介质层主要起增透膜的作用，光从氧化硅发出到空气中，出光角度增加至42.86
°
，从而使led亮度增加。
70.基于上述实施例，本实用新型还提供一种显示装置，其中，所述显示装置包括上述实施例中所述的倒装高亮led，所述显示装置包括线路板，所述线路板与所述led连接。
71.具体地，所述线路板与所述led焊接，显示装置还包括pcb底板和驱动ic板，线路板与led设置与所述pcb板，驱动ic板设置在所述线路板上，所述驱动ic板与led芯片连接。
72.pcb为印制电路板，ic为微型电子器件；显示驱动ic是显示屏成像系统的主要部分，是集成了电阻、调节器、比较器和功率晶体管等部件的。
73.综上所述，本实用新型提供一种倒装高亮led，其中，包括：衬底；介质层结构，设置于所述衬底的出光面上；外延层结构，设置于所述衬底远离所述介质层结构的一面上；其中，所述介质层结构的折射率小于预设阈值。在本实用新型中，通过在衬底的出光面增加一层介质层，且配合介质层的折射率范围在1-1.96的设置方式，增大芯片从蓝宝石面的出光角度，从而达到提高倒装led亮度的效果。
74.应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。