CN103531690A - Led芯片及其制备方法 - Google Patents

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CN103531690A CN201210228914.4A CN201210228914A CN103531690A CN 103531690 A CN103531690 A CN 103531690A CN 201210228914 A CN201210228914 A CN 201210228914A CN 103531690 A CN103531690 A CN 103531690A
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张俊
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Abstract

本发明揭示了一种LED芯片及其制备方法，该LED芯片包括：透明衬底，所述透明衬底具有第一表面及与所述第一表面相对的第二表面；外延层，所述外延层设置在所述透明衬底第一表面；第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极设置在所述外延层上，所述第一电极和所述第二电极用于对所述外延层施加电压；以及发光玻璃，设置在所述透明衬底第二表面。所述LED芯片的制备方法，包括以下步骤：提供透明衬底；在所述透明衬底的第一表面上制备外延层；在所述外延层上制备第一电极和第二电极；在所述透明衬底的第二表面键合发光玻璃。本发明制备的LED芯片直接在芯片级发出白光，制备工艺简单，具有长寿、高效、稳定等优点。

Description

LED芯片及其制备方法
技术领域
本发明涉及发光二级管(LED)制造领域，特别是涉及一种LED芯片及其制备方法。
背景技术
发光二级管(LED)作为新一代的照明光源，随着其价格的降低和制备技术的发展，LED已经开始逐步替代传统的照明光源。但是照明不同于景观亮化和显示，需要LED发出白光。
目前LED实现白光的方式一般为以下几种：1、在LED封装时，将黄色荧光粉涂覆于LED芯片表面，然后由蓝光芯片激发黄色荧光粉，从而发出黄光，蓝光再与黄光复合发出白光，这种方式是目前商用中最常见的方式；2、在LED芯片封装时，将红绿荧光粉按照一定比例涂覆在LED芯片表面，然后由蓝光芯片激发出红光和绿光，继而由红绿蓝三基色复合发出白光，这种方式也是在商用中使用的方式，但是由于荧光粉配比和性质的问题，使用并不广泛；3、在LED芯片封装时，利用紫外LED芯片发出的紫外光，将激发三基色荧光粉涂覆在芯片表面，由紫外光激发出三基色光，继而发出白光。此种方式可以得到高效率、高显色指数的光源，但是由于紫外LED芯片在封装过程中存在不少问题，所以该种方式没有被应用到普通照明中；4、在LED封装时，使用三基色芯片复合发出白光，但该种方式的控制电路较为复杂，生产成本较高；5、在LED芯片制备时，将黄光芯片和蓝光芯片粘合在一起组成垂直结构，然后在芯片级就由蓝光和黄光复合出白光，但该种方式的工艺不成熟，而且会产生一定的光损失，不利于光萃取和光衰的改善；6、在LED芯片制备时，红绿蓝三种外延垂直生长于一体，但该种方式也会产生一定的光损失，不利于光萃取和光衰的改善，而且工艺不成熟；7、在蓝光芯片上直接镀黄色荧光粉，因为该方法制备的芯片存在良率和荧光粉老化的问题，所以该种方式也未商用。
特别的，在使用荧光粉的LED芯片在使用过程中，荧光粉的老化特性和LED芯片的老化特性并不一致，所以光源长时间点亮后，可能会出现一定得色偏移。并且，封装用的环氧树脂或者硅胶随着时间的推移和温度的升高会发生黄化现象，老化严重，某些性质的环氧树脂或硅胶在LED批量生产时，经过表面组装技术工序后也可能会发生变形的现象。在荧光粉涂覆时，如果涂覆不均匀也会出现产品一致性差等问题。
因此，如何提供一种长寿、高效、稳定的白光LED芯片，已成为本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种芯片级发光的LED芯片及的制备方法，以解决现有的LED芯片制备复杂、效率不高或不稳定的问题，并解决现有的LED芯片在后道的倒装封装时需要额外制备金球的问题，使后道的倒装封装步骤更加方便。
为解决上述技术问题，本发明提供一种LED芯片，包括：
透明衬底，所述透明衬底具有第一表面及与所述第一表面相对的第二表面；
外延层，所述外延层设置在所述透明衬底第一表面；
第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极设置在所述外延层上，所述第一电极和所述第二电极用于对所述外延层施加电压；以及
发光玻璃，所述发光玻璃设置在所述透明衬底第二表面。
进一步的，所述发光玻璃的材料为被紫外光或蓝紫光激发的材质。
进一步的，所述发光玻璃为发光硅酸盐玻璃或发光硅硼酸盐玻璃。
进一步的，所述发光硅酸盐玻璃包含碱性氧化物和稀土氧化物。
进一步的，所述碱性氧化物为二氧化硅、氧化钙、氧化镁及三氧化二铝中的一种或几种的组合。
进一步的，所述稀土氧化物为氧化镧、氧化铕、氧化钇及氧化镝中的一种或几种的组合。
进一步的，所述透明衬底的材料为300nm～750nm的透光的材质。
进一步的，所述透明衬底为蓝宝石衬底。
进一步的，所述LED芯片还包括缓冲层，所述缓冲层设置在所述透明衬底和所述外延层之间。
进一步的，所述外延层包括依序叠置在所述透明衬底第一表面的N型层、发光层和P型层。
进一步的，所述发光层为激发紫外光或蓝紫光的多量子阱发光层。
进一步的，所述第一电极位于所述N型层上，所述第二电极位于所述P型层上。
进一步的，所述第一电极和所述第二电极的材料为合金。
进一步的，所述外延层还包括透明导电层，所述透明导电层位于所述P型层和所述第二电极之间。
进一步的，所述第一电极和所述第二电极的材料为金属。
进一步的，所述金属为铜。
进一步的，所述外延层上还包括一绝缘层，所述绝缘层露出所述第一电极和所述第二电极，且所述绝缘层阻断所述第一电极和所述第二电极的电气连接。
进一步的，所述绝缘层为二氧化硅绝缘层。
进一步的，所述LED芯片的后道封装工艺为倒装封装方式。
进一步的，所述LED芯片在所述倒装封装时，在一基板上制作两个金属凸起，并将所述第一电极和所述第二电极与所述金属凸起键合。
本发明同时提供一种上述LED芯片的制备方法，包括：
提供透明衬底，所述透明衬底包括第一表面及与所述第一表面相对的第二表面；
在所述透明衬底的第一表面上制备外延层；
在所述外延层上制备第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极设置在所述外延层上，所述第一电极和所述第二电极用于对所述外延层施加电压；
在所述透明衬底的第二表面键合发光玻璃。
进一步的，所述发光玻璃的材料为被紫外光或蓝紫光激发的材质。
进一步的，所述发光玻璃包含碱性氧化物和稀土氧化物。
进一步的，所述碱性氧化物为二氧化硅、氧化钙、氧化镁及三氧化二铝中的一种或几种的组合，所述稀土氧化物为氧化镧、氧化铕、氧化钇及氧化镝中的一种或几种的组合。
进一步的，所述透明衬底的材料为300nm～750nm的透光的材质。
进一步的，，所述透明衬底为蓝宝石衬底.
进一步的，在所述透明衬底第一表面制备外延层的步骤之前，还包括在所述透明衬底第一表面生长缓冲层。
进一步的，所述外延层包括依次层叠设置在所述透明衬底第一表面的N型层、发光层和P型层。
进一步的，在所述透明衬底第一表面制备外延层的步骤中，包括：
在所述透明衬底第一表面生长所述N型层；
在所述N型层上表面生长所述发光层；
在所述发光层上表面生长所述P型层；
选择性刻蚀所述外延层，以部分露出所述N型层。
进一步的，所述发光层为激发紫外光或蓝紫光的多量子阱发光层。
进一步的，所述第一电极设置在N型层上，所述第二电极设置在P型层上。
进一步的，所述外延层还包括透明导电层，所述透明导电层位于所述P型层和所述第二电极之间。
进一步的，所述第一电极和所述第二电极的材料为合金。
进一步的，所述第一电极和所述第二电极的材料为金属。
进一步的，所述金属为铜。
进一步的，所述外延层上还形成有一绝缘层，所述绝缘层露出所述第一电极和所述第二电极，且所述隔绝缘层阻断所述第一电极和所述第二电极的电气连接。
进一步的，在所述外延层上制备第一电极和第二电极的步骤中，包括：
在所述外延层上生长绝缘层；
去除部分所述绝缘层，以露出部分所述外延层；
在所述外延层和所述绝缘层上生长金属层；
对所述金属层进行抛光，露出所述绝缘层，在所述外延层上形成第一电极和第二电极。
与现有技术相比，本发明提供的LED芯片具有以下优点：
1、本发明所述的LED芯片中，所述发光玻璃设置在所述透明衬底第二表面，当第一电极和第二电极对外延层施加电压时，由外延层发出的紫外光或蓝紫光，紫外光或蓝紫光激发发光玻璃发出三基色光、黄光和蓝光、黄光或红绿光，继而发出白光，直接在芯片级发出白光。
2、本发明所述的LED芯片由紫外光或蓝紫光激发发光玻璃直接在芯片级发出白光，避免在封装时再涂覆荧光粉与安装环氧树脂或硅胶，从而避免荧光粉和芯片老化不一致产生的色温偏差，及环氧树脂或硅胶的老化导致器件光衰增大的问题。
3、本发明所述的LED芯片只有一层多量子阱发光层，避免多次生长不同结构的多量子阱发光层，工艺简单，有利于光萃取，具有长寿、高效、稳定的优点。
4、本发明所述的LED芯片可以采用在外延层上直接生长铜层的方法制备第一电极和第二电极，该方法能够避免透明导电膜的制备，可以增加出光。并且所述LED芯片在倒装封装时，只需要在基板上做两个金属凸起，然后将芯片的相应电极与金属凸起键合到一起即可，无需制作额外的金球，减少工艺步骤，且有利于降低生产成本。
附图说明
图1为本发明第一实施例的LED芯片的结构的截面图；
图2为本发明第一实施例的LED芯片的制备方法的流程图；
图3a-图3k为本发明第一实施例的LED芯片制备方法的工艺步骤的示意图；
图4为本发明第二实施例的LED芯片的结构的截面图；
图5a-图5i为本发明第二实施例的LED芯片制备方法的工艺步骤的示意图；
图6为本发明第三实施例的LED芯片的结构的截面图；
图7为本发明第三实施例的LED芯片的封装结构的示意图。
图8a-图8k为本发明第三实施例的LED芯片制备方法的工艺步骤的示意图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的LED芯片及其制备方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关***或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于，提供一种LED芯片及其制备方法，本发明提供的LED芯片由发光层发出的紫外光或蓝紫光，透过透明衬底激发发光玻璃从而发出白光，直接在芯片级发出白光，避免在封装时再涂覆荧光粉和安装环氧树脂或硅胶，且只有一层多量子阱发光层，避免多次生长不同结构的多量子阱发光层，有利于光萃取。
结合上述核心思想，本发明提供一种LED芯片，为基于紫外LED外延的LED芯片，LED芯片包括：透明衬底，所述透明衬底具有第一表面及与所述第一表面相对的第二表面；外延层，所述外延层设置在所述透明衬底第一表面；第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极设置在所述外延层上，所述第一电极和所述第二电极用于对所述外延层施加电压；以及发光玻璃，设置在所述透明衬底第二表面。
另外，在所述透明衬底和所述外延层之间设置了缓冲层以匹配晶格，利于载流子传输。所述外延层包括依序叠置在所述透明衬底第一表面的N型层、发光层和P型层。所述第一电极和所述第二电极的材料为合金。
进一步，结合上述LED芯片，本发明还提供了一种制造方法，包括以下步骤：
步骤S11，提供透明衬底，所述透明衬底包括第一表面及与所述第一表面相对的第二表面；
步骤S12，在所述透明衬底的第一表面上制备外延层；
步骤S13，在所述外延层上制备第一电极和第二电极；
步骤S14，在所述透明衬底的第二表面发光玻璃。
以下结合核心思想，详细说明本发明所述能够直接在芯片级发出白光的LED芯片及其制备方法。
【第一实施例】
以下请参考图1，其为本发明第一实施例的LED芯片的结构的截面图。
如图1所示，透明衬底102具有第一表面及与第一表面相对的第二表面。在本实施例中选透明衬底102为蓝宝石衬底，其它300nm～750nm的透光的材料均可作为透明衬底材料，如玻璃、硅胶、环氧树脂、聚氨酯等材料。
发光玻璃101设置在透明衬底102第二表面。在本实施例中，发光玻璃101为紫外发光玻璃，发光玻璃101的材料选择将紫外光转化为三色光的材质，较佳的，发光玻璃101为发光硅酸盐玻璃或发光硅硼酸盐玻璃。所述发光硅酸盐玻璃包含碱性氧化物和稀土氧化物，其中，所述碱性氧化物较佳的为二氧化硅、氧化钙、氧化镁、三氧化二铝中的一种或几种的组合，但不限于这几种碱性氧化物；所述稀土氧化物较佳为氧化镧、氧化铕、氧化钇、氧化镝、氧化铈中的一种或几种的组合，但不限于这几种稀土氧化物。在本发明中，发光玻璃101可以但不仅仅由二氧化硅、氧化钙、三氧化二铝、氧化铕、氧化钇、氧化镝等组分中的几种烧结而成，发光玻璃101的材料可以但不限于选择被紫外光激发发出三色光的材料，如也可以选择被紫外光激发出黄光和蓝光的材料，从而由蓝光和黄光复合发出白光。
在透明衬底102和外延层103之间还包括缓冲层106，缓冲层106的设置可以匹配晶格，有利于载流子传输。缓冲层106包括依序叠置在所述透明衬底102第一表面的氮化铝(A1N)缓冲层111、氮化铝镓(AlGaN)缓冲层112和AlGaN/AlN超晶格层113。其中，AlN缓冲层111用于缓和晶体与衬底的形状差异，特别的减少螺纹错位；AlGaN缓冲层112可补偿晶片的翘曲；AlGaN/AlN超晶格层113具有原子级的平坦化的表面，缓解了多量子阱的应力，改善多量子阱的表面形貌。本实施例中缓冲层106的结构并不限于AlN层-AlGaN层-AlGaN/AlN超晶格层结构，如AlN层-AlGaN/AlN超晶格层-未参杂AlGaN层结构也在本发明的思想范围内。
外延层103设置在透明衬底102第一表面，由于本实施例设置了缓冲层106，所以外延层103设置在AlGaN/AlN超晶格层113上。所述外延层103包括依序叠置设置的N型AlGaN层114、AlGaN多量子阱发光层115和P型层116，其中P型层116自下至上依次包括P型AlGaN电子阻挡层117和P型氮化镓(GaN)层118。AlGaN多量子阱发光层115可以激发紫外光。本实施例中外延层103的结构并不限于N型AlGaN层-AlGaN多量子阱发光层-P型AlGaN电子阻挡层-P型GaN层，其它可以激发紫外光的结构亦可，如N型GaN层-AlGaN多量子阱发光层-P型GaN层结构也在本发明的思想范围内。
第一电极104和第二电极105，第一电极104和第二电极105对外延层103施加电力而设置。第一电极104形成在N型AlGaN层114的露出部分的上表面上，由钛(Ti)/铝(Al)/钼(Mo)/金(Au)依次沉积而成，第二电极105形成在P型GaN层118的上表面上，由钯(Pd)/金(Au)依次沉积而成，从而形成电接触。本实施例中的第一电极104和第二电极105的材质并不限于钛(Ti)/铝(Al)/钼(Mo)/金(Au)和钯(Pd)/金(Au)，如Ti/铂(Pt)/Au也在本发明的思想范围内。
在本实施例中，LED芯片的后道封装工艺可采用倒装封装方式，可有效提高LED芯片的电性能。
以下说明本实施例的LED芯片的制备方法。参考图2，其为本发明第一实施例的LED芯片的制备方法的流程图。
其中，所述透明衬底为300nm～750nm的透光的蓝宝石衬底，所述外延层包括依次层叠设置在所述透明衬底第一表面的N型层、发光层和P型层，所述第一电极位于所述N型层上，所述第二电极位于所述P型层上，所述发光玻璃的材料为被紫外光或蓝紫光激发的发光硅酸盐玻璃或发光硅硼酸盐玻璃。
在本实施例中，在步骤S11和步骤S12之间，还包括在透明衬底第一表面生长缓冲层，该缓冲层可以匹配晶格，利于载流子传输。
以下结合图3a-图3k，其为本发明第一实施例的LED芯片制备方法的工艺步骤的示意图，详细说明本实施例中LED芯片制备方法的工艺步骤。
如图3a所示，首先进行步骤S11，提供透明衬底102，透明衬底102包括第一表面及与所述第一表面相对的第二表面。将透明衬底102安装在基座上，该基座还可用作金属有机化合物化学气相沉淀(MOCVD)设备的加热器。在任一时刻从气体引入高纯度氢气(H2)，以交换反映管内的气氛。然后，将内部设置为10kPa～30kPa的范围。随后，在H2中加热透明衬底102，使其表面被净化。
然后，在透明衬底102第一表面生长缓冲层106：在1150℃～1200℃的衬底温度下引入氨气(NH3)和三甲基铝(Al(CH3)3)蒸汽，降温至620℃生长AlN缓冲层111，如图3b所示；采用常规的MOCVD生长方法在AlN缓冲层111上表面上制备AlGaN缓冲层112，如图3c所示，其中铝源、镓源、氮源分别为Al(CH3)3、三乙基镓(Ga(C2H5)3)和NH3，H2为载气；采用常规的MOCVD生长方法在AlGaN缓冲层112上生长10个周期的AlGaN/AlN超晶格层113，如图3d所示，其中铝源、镓源、氮源分别为Al(CH3)3、三乙基镓(Ga(C2H5)3)和NH3，H2为载气。
接着，进行步骤S12，在透明衬底102的第一表面上制备外延层103。外延层的制备分为以下步骤：在所述透明衬底第一表面生长N型层；在所述N型层上表面生长发光层；在所述发光层上表面生长P型层；选择性刻蚀外延层，使得部分露出所述N型层。在本实施例中，在透明衬底102上生长了缓冲层106，所以在AlGaN/AlN超晶格层113上制备外延层103，具体为：如图3e所示，在将衬底温度设置为1000℃～1050℃后，采用常规的MOCVD生长方法在AlGaN/AlN超晶格层113上生长N型AlGaN层114，其中铝源、镓源、氮源分别为Al(CH3)3、Ga(C2H5)3和NH3，甲硅烷(SiH4)气体作为n型参杂原材料，H2为载气；如图3f所示，采用常规的MOCVD生长方法在N型AlGaN层114上生长3～5个周期的AlGaN多量子阱发光层115；如图3g所示，采用常规的MOCVD生长方法在AlGaN多量子阱发光层115上生长P型AlGaN电子阻挡层117；如图3h所示，采用常规的MOCVD生长方法在P型AlGaN电子阻挡层117上生长P型GaN层118，作为p型参杂材料，采用双环戊二烯基镁(Cp2Mg)或双甲基环戊二烯基镁(M2Cp2Mg)；通过反应离子刻蚀(RIE)，选择性刻蚀外延层，使得部分露出N型AlGaN层114，见图3i。
随后，进行步骤S13，在外延层103上制备第一电极104和第二电极105。如图3j所示，采用常规的生长方法，在N型AlGaN层114的露出部分的上表面上依次沉积钛(Ti)/铝(Al)/钼(Mo)/金(Au)形成第一电极104，在P型GaN层118的上表面上依次沉积钯(Pd)/金(Au)形成第二电极105。
最后，进行步骤S14，在透明衬底102的第二表面，通过透明导电胶粘结键合发光玻璃101，形成基于紫外LED外延的LED芯片，该底部为与外延层103接触的透明衬底102的另一面，见图3k。
在根据本实施例的LED芯片中，AlGaN多量子阱发光层115发出的紫外光，透过透明衬底102激发发光玻璃101从而发出白光，直接在芯片级发出白光。该LED芯片只有一层多量子阱发光层，避免多次生长不同结构的量子阱发光层，有利于光萃取。
【第二实施例】
本实施例中的LED芯片为基于蓝紫光LED外延的LED芯片，所述外延层还包括透明导电层，所述透明导电层位于所述P型层上面。所述第一电极和所述第二电极的材料为合金。
以下请参考图4，图4为本发明第二实施例的LED芯片的结构的截面图。
如图4所示，透明衬底202具有第一表面及与第一表面相对的第二表面。在本实施例中透明衬底202为蓝宝石衬底，其它300nm～750nm的透光的材料均可作为透明衬底材料，如玻璃、硅胶、环氧树脂、聚氨酯等材料也在本发明的思想范围内。
发光玻璃201设置在透明衬底202第二表面。在本实施例中，发光玻璃201为蓝紫光发光玻璃，发光玻璃201的材料选择将蓝紫光转化为黄光的材质，较佳的，发光玻璃201为发光硅酸盐玻璃或发光硅硼酸盐玻璃。所述发光硅酸盐玻璃包含碱性氧化物和稀土氧化物，其中，所述碱性氧化物较佳的为二氧化硅、氧化钙、氧化镁及三氧化二铝中的一种或几种的组合，但不限于这几种碱性氧化物；所述稀土氧化物较佳的为氧化镧、氧化铕、氧化钇、氧化镝、氧化铈中的一种或几种的组合，但不限于这几种稀土氧化物。在本发明中，发光玻璃201可以但不仅仅由二氧化硅、氧化钙、三氧化二铝、氧化铕、氧化钇、氧化镝等组分中的几种烧结而成，发光玻璃201可以但不限于选择被蓝紫光激发发出黄光的材料，从而由蓝光和黄光复合出白光，如也可以选择被蓝紫光激发出红绿光的材料，从而由红、绿、蓝光复合出白光。
在透明衬底202和外延层203之间还包括一层GaN缓冲层206，GaN缓冲层206用于缓和晶体与衬底的形状差异，特别的减少螺纹错位，从而匹配晶格，利于载流子传输。本实施例中缓冲层的结构并不限于GaN层结构，如AlN层结构也在本发明的思想范围内。
外延层203设置在透明衬底202第一表面，由于本实施例设置了缓冲层206，所以外延层203设置在GaN缓冲层206上。在本实施例中，外延层203为可以激发蓝紫光的蓝紫光外延层，外延层203包括自下至上依次层叠设置的N型层211、氮化铟镓(InGaN)/GaN多量子阱发光层212、P型GaN层213和氧化铟锡(ITO)透明导电膜207。InGaN/GaN多量子阱发光层212可以激发蓝紫光。本实施例中外延层203的结构并不限于N型GaN层-InGaN/GaN多量子阱发光层-P型GaN层-ITO透明导电膜207，其它可以激发蓝紫光的结构亦可，如N型GaN层-InGaN多量子阱发光层-P型AlGaN层-P型GaN层结构也在本发明的思想范围内。
第一电极204和第二电极205，所述第一电极204和所述第二电极205对所述外延层203施加电力而设置。第一电极204形成在N型GaN层211的露出部分的上表面上，由钛(Ti)/铝(Al)/钼(Mo)/金(Au)依次沉积而成，第二电极205形成在部分ITO透明导电膜207的上表面上，由钯(Pd)/金(Au)依次沉积而成。ITO透明导电膜207的上表面上未覆盖第二电极205的部分覆盖二氧化硅钝化层208，以保护ITO透明导电膜207。本实施例中的第一电极204和第二电极205的材质并不限于钛(Ti)/铝(Al)/钼(Mo)/金(Au)和钯(Pd)/金(Au)，如Ti/铂(Pt)/Au亦在本发明的思想范围内。
该LED芯片的后道封装工艺可采用倒装封装方式，可有效提高LED芯片的电性能。
以下说明本实施例的LED芯片的制备方法。本发明第二实施例的LED芯片的制备方法的流程图与本发明第一实施例的LED芯片的制备方法的流程图。其中，所述透明衬底为300nm～750nm的透光的蓝宝石衬底，所述外延层包括依次层叠设置在所述透明衬底第一表面的N型层、发光层和P型层，所述第一电极位于所述N型层上，所述第二电极位于所述P型层上，所述发光玻璃的材料为被紫外光或蓝紫光激发的发光硅酸盐玻璃或发光硅硼酸盐玻璃，所述透明衬底底部为与外延层接触的透明衬底的另一面。
在本实施例中，在步骤S11和步骤S12之间，在所述透明衬底第一表面生长缓冲层，该缓冲层可以匹配晶格，利于载流子传输。
以下结合图5a-图5i，其为本发明第二实施例的LED芯片制备方法的工艺步骤的示意图，详细说明本实施例中LED芯片制备方法的工艺步骤。
如图5a所示，首先进行步骤S11，提供透明衬底202，透明衬底202包括第一表面及与所述第一表面相对的第二表面。将透明衬底202安装在基座上，该基座还可用作MOCVD设备的加热器。在任一时刻从气体引入高纯度氢气(H2)，以交换反映管内的气氛。然后，将内部设置为10kPa～30kPa的范围。随后，在H2中加热透明衬底202，使其表面被净化。
然后，在透明衬底202第一表面生长GaN缓冲层206：采用常规的MOCVD生长方法在透明衬底202上生长GaN缓冲层206，如图5b所示，其中镓源、氮源分别为三乙基镓(Ga(C2H5)3)和NH3，H2为载气。
接着，进行步骤S12，在透明衬底202的第一表面上制备外延层203。外延层的制备分为以下步骤：在所述透明衬底上表面生长N型层；在所述N型层上表面生长发光层；在所述发光层上表面生长P型层；选择性刻蚀外延层，以部分露出所述N型层。在选择性刻蚀外延层的步骤之前，还包括在所述P型层上表面生长透明导电层。在本实施例中，在透明衬底202上生长了GaN缓冲层206，所以在GaN缓冲层206上制备外延层203，具体为：如图5c所示，采用常规的MOCVD生长方法在GaN缓冲层206上生长N型GaN层211，其中镓源、氮源分别为Ga(C2H5)3和NH3，甲硅烷气体作为n型参杂原材料，H2为载气；如图5d所示，采用常规的MOCVD生长方法在N型GaN层211上生长3～5个周期的InGaN/GaN多量子阱发光层212，其中铟源、镓源、氮源分别为三甲基铟(In(C2H5)3)、Ga(C2H5)3和NH3；如图5e所示，采用常规的MOCVD生长方法在InGaN/GaN多量子阱发光层212上生长P型GaN层213，其中镓源、氮源分别为Ga(C2H5)3和NH3，作为p型参杂材料，采用双环戊二烯基镁或双甲基环戊二烯基镁；如图5f所示，采用常规的低电压溅射生长方法在P型GaN层213上表面生长ITO透明导电层207；通过反应离子刻蚀(RIE)，选择性刻蚀外延层，使得部分露出N型GaN层211，见图5g。
随后，进行步骤S13，在外延层203上制备第一电极204和第二电极205。如图5h所示，采用常规的等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)，在外延层203上沉积一层二氧化硅钝化层208，通过RIE，选择性刻蚀二氧化硅钝化层208，使得部分露出N型GaN层211和ITO透明导电层207。在N型GaN层211的露出部分的上表面上依次沉积钛(Ti)/铝(Al)/钼(Mo)/金(Au)形成第一电极204，在ITO透明导电层207的露出部分的上表面上依次沉积钯(Pd)/金(Au)形成第二电极205。
最后，进行步骤S14，在透明衬底202的第二表面，通过透明导电胶粘结键合发光玻璃201，形成基于蓝紫光LED外延的LED芯片，该底部为与外延层203接触的透明衬底202的另一面，见图5i。
在根据本实施例的LED芯片中，InGaN/GaN多量子阱发光层212发出的蓝紫光，透过透明衬底202激发发光玻璃201从而发出白光，直接在芯片级发出白光。该LED芯片只有一层多量子阱发光层，避免多次生长不同结构的量子阱发光层，有利于光萃取。
【第三实施例】
本实施例中的LED芯片为基于蓝紫光LED外延的LED芯片，所述第一电极和所述第二电极的材料为金属。较佳的选用金属铜。所述外延层上还包括一绝缘层，所述绝缘层露出所述第一电极和所述第二电极，且所述绝缘层阻断所述金属的第一电极和所述金属的第二电极的电气连接。较佳的所述绝缘层为二氧化硅绝缘层。
请参考图6，图6为本发明第三实施例的LED芯片的结构的截面图。
如图6所示，透明衬底302具有第一表面及与第一表面相对的第二表面。在本实施例中，透明衬底302为蓝宝石衬底，其它300nm～750nm的透光的材料均可作为透明衬底材料，如玻璃、硅胶、环氧树脂、聚氨酯等材料也在本发明的思想范围内。
发光玻璃301设置在透明衬底302第二表面。在本实施例中，发光玻璃301为蓝紫光发光玻璃，发光玻璃301的材料选择将蓝紫光转化为黄光的材质，较佳的，发光玻璃301为发光硅酸盐玻璃或发光硅硼酸盐玻璃。所述发光硅酸盐玻璃包含碱性氧化物和稀土氧化物，其中，所述碱性氧化物较佳为二氧化硅、氧化钙、氧化镁、三氧化二铝中的一种或几种的组合，但不限于这几种碱性氧化物；所述稀土氧化物较佳为氧化镧、氧化铕、氧化钇、氧化镝、氧化铈中的一种或几种的组合，但不限于这几种稀土氧化物。在本发明中，发光玻璃301可以但不仅仅由二氧化硅、氧化钙、三氧化二铝、氧化铕、氧化钇、氧化镝等组分中的几种烧结而成，发光玻璃301可以但不限于选择被蓝紫光激发发出黄光的材料，从而由蓝光和黄光复合出白光，如也可以选择被蓝紫光激发出红绿光的材料，从而由红、绿、蓝光复合出白光。
在透明衬底302和外延层303之间还包括一层GaN缓冲层306，GaN缓冲层306用于缓和晶体与衬底的形状差异，特别的减少螺纹错位，从而匹配晶格，利于载流子传输。本实施例中缓冲层的结构并不限于GaN层结构，如AlN层结构也在本发明的思想范围内。
外延层303设置在透明衬底302第一表面，由于本实施例设置了缓冲层306，所以外延层303设置在GaN缓冲层306上。所述外延层303包括依序叠置的N型层311、InGaN/GaN多量子阱发光层312和P型GaN层313。InGaN/GaN多量子阱发光层312可以激发蓝紫光。本实施例中外延层303的结构并不限于N型GaN层-InGaN/GaN多量子阱发光层-P型GaN层，其它可以激发蓝紫光的结构亦可，如N型GaN层-InGaN多量子阱发光层-P型AlGaN层-P型GaN层结构也在本发明的思想范围内。
第一电极304和第二电极305，所述第一电极304和所述第二电极305对所述外延层303施加电力而设置。第一电极304形成在N型GaN层311的部分露出的上表面上，由铜Cu沉积而成。第二电极305形成在P型GaN层313的全部的上表面上，由铜Cu沉积而成，第二电极305是直接形成在P型GaN层313的全部的上表面上，避免了透明导电膜的制备，可以增加出光。外延层303上还包括一绝缘层307，绝缘层露307出第一电极304和第二电极305，且绝缘层307阻断第一电极304和第二电极305的电气连接。较佳的，第一电极304、第二电极305和绝缘层307的上表面位于同一平面。本实施例中绝缘层307为二氧化硅绝缘层，第一电极和第二电极的材质为金属铜，其它金属亦可，如铝和金等金属也在本发明的思想范围内。
该LED芯片的后道封装工艺可采用倒装封装方式，可有效提高LED芯片的电性能。在所述倒装封装时，在基板上制作两个金属凸起，并将所述金属的第一电极和所述金属的第二电极与所述金属凸起键合。图7为本发明第三实施例的LED芯片的封装结构的示意图。如图7所述，在本实施例中，在基板351上制作两个金属凸起352，将第一电极304和第二电极305分别和该两个金属凸起352焊接键合。
现在将说明本实施例的LED芯片的制备方法。本发明第三实施例的LED芯片的制备方法的流程图与本发明第一实施例的LED芯片的制备方法的流程图。
其中，所述透明衬底为300nm～750nm的透光的蓝宝石衬底，所述外延层包括依次层叠设置在所述透明衬底第一表面的N型层、发光层和P型层，所述第一电极位于所述N型层上，所述第二电极位于所述P型层上，所述发光玻璃的材料为被紫外光或蓝紫光激发的发光硅酸盐玻璃或发光硅硼酸盐玻璃，透明衬底底部为与外延层接触的透明衬底的另一面。
在本实施例中，在步骤S11和步骤S12之间，在所述透明衬底第一表面生长缓冲层，该缓冲层可以匹配晶格，利于载流子传输。
以下结合图8a-图8k，其为本发明第三实施例的LED芯片制备方法的工艺步骤的示意图，详细说明本实施例中LED芯片制备方法的工艺步骤。
如图8a所示，首先进行步骤S11，提供透明衬底302，透明衬底302包括第一表面及与所述第一表面相对的第二表面。将透明衬底302安装在基座上，该基座还可用作MOCVD设备的加热器。在任一时刻从气体引入高纯度氢气(H2)，以交换反映管内的气氛。然后，将内部设置为10kPa～30kPa的范围。随后，在H2中加热透明衬底302，使其表面被净化。
然后，在透明衬底302第一表面生长GaN缓冲层306：采用常规的MOCVD生长方法在透明衬底302上生长GaN缓冲层306，如图8b所示，其中镓源、氮源分别为三乙基镓(Ga(C2H5)3)和NH3，H2为载气。
接着，进行步骤S12，在透明衬底302的第一表面上制备外延层303。外延层的制备分为以下步骤：在所述透明衬底第一表面生长N型层；在所述N型层上表面生长发光层；在所述发光层上表面生长P型层；选择性刻蚀外延层，使得部分露出所述N型层。在本实施例中，在透明衬底302上生长了GaN缓冲层306，所以在GaN缓冲层306上制备外延层303，具体为：如图8c所示，采用常规的MOCVD生长方法在GaN缓冲层306上生长N型GaN层311，其中镓源、氮源分别为Ga(C2H5)3和NH3，甲硅烷气体作为n型参杂原材料，H2为载气；如图8d所示，采用常规的MOCVD生长方法在N型GaN层311上生长3～5个周期的InGaN/GaN多量子阱发光层312，其中铟源、镓源、氮源分别为In(C2H5)3、Ga(C2H5)3和NH3；如图8e所示，采用常规的MOCVD生长方法在InGaN/GaN多量子阱发光层312上生长P型GaN层313，其中镓源、氮源分别为Ga(C2H5)3和NH3，作为p型参杂材料，采用双环戊二烯基镁或双甲基环戊二烯基镁；通过反应离子刻蚀(RIE)，选择性刻蚀外延层，使得部分露出N型GaN层311，见图8f。
随后，进行步骤S13，在外延层303上制备第一电极304和第二电极305。在外延层上制备第一电极和第二电极的步骤中，包括：在外延层上生长预绝缘层；部分去除所述预绝缘层，形成绝缘层，并露出部分所述外延层；在露出的所述外延层和所述绝缘层上生长金属层；对所述金属层进行抛光，露出所述绝缘层，在所述外延层上形成第一电极和第二电极。所述绝缘层通过化学气相沉积生长，在本实施例中，采用等离子体强化学气相沉积法(PECVD)，该等离子体增强化学气相沉积法具有低温、低压、高沉积速率以及能控制沉积薄膜的应力等优点。较佳的，所述金属层选择铜层，但其它金属如铝、金等也亦本发明的思想范围之内。在本实施例中，铜层通过蒸镀生长，并通过化学抛光方式进行抛光，但其它化学机械研磨等方法亦可。其中，所述绝缘层露出所述第一电极和所述第二电极，且所述隔绝缘层阻断所述第一电极和所述第二电极的电气连接。如图8g所示，采用常规的等离子体增强化学气相沉积法，在外延层303上沉积一层二氧化硅预绝缘层308；通过RIE，选择性刻蚀二氧化硅预绝缘层308，使得部分露出N型GaN层311和全部P型GaN层313，形成绝缘层307，见图8h；在外延层303的露出部分和绝缘层307的上表面上，通过蒸镀工艺生长铜层309，见图8i；通过化学抛光方式对铜层309进行抛光，露出绝缘层307，形成第一电极304和第二电极305，其中，绝缘层307隔绝第一电极304和第二电极305，以阻断第一电极304和第二电极305的电气连接，见图8j。
最后，进行步骤S14，在透明衬底302的第二表面，通过透明导电胶粘结键合发光玻璃301，形成基于蓝紫光LED外延的LED芯片，该底部为与外延层303接触的透明衬底302的另一面，见图8k。
在根据本实施例的LED芯片中，InGaN/GaN多量子阱发光层312发出的蓝紫光，透过透明衬底302激发发光玻璃301从而发出白光，直接在芯片级发出白光。该LED芯片只有一层InGaN/GaN多量子阱发光层312，避免多次生长不同结构的量子阱发光层，有利于光萃取。同时，在外延层303上直接生长铜层309的方法制备第一电极304和第二电极305，避免透明导电膜的制备，可以增加出光。并且所述LED芯片在倒装封装时，只需要在基板上做金属凸起352，然后将第一电极304和第二电极305与金属凸起352键合到一起即可，无需制作额外的金球，减少工艺步骤。
应注意，本发明不限于上述三个实施例。例如，在第一实施例中的基于紫外LED外延的LED芯片，电极的结构亦可以采用第三实施例中金属电极的结构，以简化封装过程。另外，本发明也不限于白光LED芯片及其制备方法，其它利用发光玻璃激发而发光的LED芯片及其制备方法亦在本发明的思想范围之内，例如，发光玻璃吸收激发出的紫外光，从而发射蓝光的蓝光LED芯片，和发光玻璃吸收激发出的紫外光，从而发射红光的红光LED芯片亦在本发明的思想范围之内
综上所述，本发明提供一种LED芯片及其制备方法，本发明提供的LED芯片由发光层发出的紫外光或蓝紫光，透过透明衬底激发发光玻璃从而发出白光，直接在芯片级发出白光，避免在封装时再涂覆荧光粉，且只有一层多量子阱发光层，避免多次生长不同结构的量子阱发光层。与现有技术相比，本发明提供的LED芯片具有以下优点：
1、本发明所述的LED芯片中，所述发光玻璃设置在所述透明衬底第二表面，当第一电极和第二电极对外延层施加电压时，由外延层发出的紫外光或蓝紫光，紫外光或蓝紫光激发发光玻璃发出三基色光、黄光和蓝光、黄光或红绿光，继而发出白光，直接在芯片级发出白光。
2、本发明所述的LED芯片由紫外光或蓝紫光激发发光玻璃直接在芯片级发出白光，避免在封装时再涂覆荧光粉与安装环氧树脂或硅胶，从而避免荧光粉和芯片老化不一致产生的色温偏差，及环氧树脂或硅胶的老化导致器件光衰增大的问题。
3、本发明所述的LED芯片只有一层多量子阱发光层，避免多次生长不同结构的多量子阱发光层，工艺简单，有利于光萃取，具有长寿、高效、稳定的优点。
4、本发明所述的LED芯片可以采用在外延层上直接生长铜层的方法制备第一电极和第二电极，该方法能够避免透明导电膜的制备，可以增加出光。并且所述LED芯片在倒装封装时，只需要在基板上做两个金属凸起，然后将芯片的相应电极与金属凸起键合到一起即可，无需制作额外的金球，减少工艺步骤，且有利于降低生产成本。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (37)

1.一种LED芯片，包括：
透明衬底，所述透明衬底具有第一表面及与所述第一表面相对的第二表面；
外延层，所述外延层设置在所述透明衬底第一表面；
第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极设置在所述外延层上，所述第一电极和所述第二电极用于对所述外延层施加电压；以及
发光玻璃，所述发光玻璃设置在所述透明衬底第二表面。
2.如权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述发光玻璃的材料为被紫外光或蓝紫光激发的材质。
3.如权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述发光玻璃为发光硅酸盐玻璃或发光硅硼酸盐玻璃。
4.如权利要求3所述的LED芯片，其特征在于，所述发光硅酸盐玻璃包含碱性氧化物和稀土氧化物。
5.如权利要求4所述的LED芯片，其特征在于，所述碱性氧化物为二氧化硅、氧化钙、氧化镁及三氧化二铝中的一种或几种的组合。
6.如权利要求4所述的LED芯片，其特征在于，所述稀土氧化物为氧化镧、氧化铕、氧化钇及氧化镝中的一种或几种的组合。
7.如权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述透明衬底的材料为300nm～750nm的透光的材质。
8.如权利要求7所述的LED芯片，其特征在于，所述透明衬底为蓝宝石衬底。
9.如权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片还包括缓冲层，所述缓冲层设置在所述透明衬底和所述外延层之间。
10.如权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述外延层包括依序叠置在所述透明衬底第一表面的N型层、发光层和P型层。
11.如权利要求10所述的LED芯片，其特征在于，所述发光层为激发紫外光或蓝紫光的多量子阱发光层。
12.如权利要求10所述的LED芯片，其特征在于，所述第一电极位于所述N型层上，所述第二电极位于所述P型层上。 
13.如权利要求12所述的LED芯片，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极的材料为合金。
14.如权利要求13所述的LED芯片，其特征在于，所述外延层还包括透明导电层，所述透明导电层位于所述P型层和所述第二电极之间。
15.如权利要求12所述的LED芯片，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极的材料为金属。
16.如权利要求15所述的LED芯片，其特征在于，所述金属为铜。
17.如权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述外延层上还包括一绝缘层，所述绝缘层露出所述第一电极和所述第二电极，且所述绝缘层阻断所述第一电极和所述第二电极的电气连接。
18.如权利要求17所述的LED芯片，其特征在于，所述绝缘层为二氧化硅绝缘层。
19.如权利要求1～17所述的任一LED芯片的封装方法，其特征在于，所述LED芯片的后道封装工艺为倒装封装方式。
20.如权利要求19所述的LED芯片的封装方法，其特征在于，所述LED芯片在所述倒装封装时，在一基板上制作两个金属凸起，并将所述第一电极和所述第二电极与所述金属凸起键合。
21.一种制作LED芯片的方法，包括：
提供透明衬底，所述透明衬底包括第一表面及与所述第一表面相对的第二表面；
在所述透明衬底的第一表面上制备外延层；
在所述外延层上制备第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极设置在所述外延层上，所述第一电极和所述第二电极用于对所述外延层施加电压；
在所述透明衬底的第二表面键合发光玻璃。
22.如权利要求21所述的制作LED芯片的方法，其特征在于，所述发光玻璃的材料为被紫外光或蓝紫光激发的材质。
23.如权利要求22所述制作LED芯片的方法，其特征在于，所述发光玻璃包含碱性氧化物和稀土氧化物。 
24.如权利要求23所述制作LED芯片的方法，其特征在于，所述碱性氧化物为二氧化硅、氧化钙、氧化镁及三氧化二铝中的一种或几种的组合，所述稀土氧化物为氧化镧、氧化铕、氧化钇及氧化镝中的一种或几种的组合。
25.如权利要求21所述制作LED芯片的方法，其特征在于，所述透明衬底的材料为300nm～750nm的透光的材质。
26.如权利要求25所述制作LED芯片的方法，其特征在于，所述透明衬底为蓝宝石衬底。
27.如权利要求21所述制作LED芯片的方法，其特征在于，在所述透明衬底第一表面制备外延层的步骤之前，还包括在所述透明衬底第一表面生长缓冲层。
28.如权利要求21所述制作LED芯片的方法，其特征在于，所述外延层包括依次层叠设置在所述透明衬底第一表面的N型层、发光层和P型层。
29.如权利要求28所述制作LED芯片的方法，其特征在于，在所述透明衬底第一表面制备外延层的步骤中，包括：
在所述透明衬底第一表面生长所述N型层；
在所述N型层上表面生长所述发光层；
在所述发光层上表面生长所述P型层；
选择性刻蚀所述外延层，以部分露出所述N型层。
30.如权利要求28所述制作LED芯片的方法，其特征在于，所述发光层为激发紫外光或蓝紫光的多量子阱发光层。
31.如权利要求28所述制作LED芯片的方法，其特征在于，所述第一电极设置在N型层上，所述第二电极设置在P型层上。
32.如权利要求21所述制作LED芯片的方法，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极的材料为合金。
33.如权利要求32所述制作LED芯片的方法，其特征在于，所述外延层还包括透明导电层，所述透明导电层位于所述P型层和所述第二电极之间。
34.如权利要求21所述制作LED芯片的方法，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极的材料为金属。
35.如权利要求34所述制作LED芯片的方法，其特征在于，所述金属为 铜。
36.如权利要求21所述制作LED芯片的方法，其特征在于，所述外延层上还形成有一绝缘层，所述绝缘层露出所述第一电极和所述第二电极，且所述隔绝缘层阻断所述第一电极和所述第二电极的电气连接。
37.如权利要求34所述制作LED芯片的方法，其特征在于，在所述外延层上制备第一电极和第二电极的步骤中，包括：
在所述外延层上生长绝缘层；
去除部分所述绝缘层，以露出部分所述外延层；
在所述外延层和所述绝缘层上生长金属层；
对所述金属层进行抛光，露出所述绝缘层，在所述外延层上形成第一电极和第二电极。 
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