专利名称：Led芯片及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种LED芯片，以及制作该LED芯片的方法。
背景技术：
随着芯片制程能力不断的提升，对发光二极管(LED)的发光效率与亮度的要求不 断增加。通常，在LED芯片中形成在衬底上的出光结构(例如GaN量子阱等)发射的光包 括远离衬底方向传播的光和向着衬底方向传播的光。其中，向着衬底方向传播的光或者透 过衬底从衬底背面射出，或者被衬底吸收，因此没有被有效利用。现有技术中，已经提出了在由蓝宝石等透明材料形成的衬底的背面上形成金属反 射膜的方法，以便利用上述向着衬底方向传播的光。为将金属膜形成在衬底的背面，一种方 法是首先在衬底的背面气相沉积一层氧化硅，再在氧化硅沉积层上蒸镀金属层。然而，这 样的方法带来的主要问题有金属层附着力不好，良品率低，并且所添加的氧化硅具有吸光 性，这导致出光效率的提升效果不明显。还有另外的一种在衬底的背面形成用于反射向着衬底方向传播的光的金属反射 膜的方法(参见申请号为200710093912. 8的中国专利申请)。该方法采用的是先在蓝宝石 衬底的背面上形成与蓝宝石衬底黏附性好的第一金属膜，接着在第一金属膜上形成用于反 射光的第二金属膜，借此将金属反射膜较稳固地附着在衬底背面。该方法的问题在于，虽然 解决了金属反射膜吸附不牢的问题，但是第二金属膜和衬底之间隔着第一金属膜，由于第 一金属膜的吸光性等原因，将导致出光效率的提升效果不明显。
发明内容
为解决现有技术中的上述问题而提出本发明，本发明的目的是提供一种LED芯片 及制作该LED芯片的方法，将用于反射光的金属层直接、牢固地附着在LED芯片衬底的背 面，以有效利用LED芯片的出光结构发射的向着LED芯片衬底方向传播的光，提高LED芯片 的整体出光效率。根据本发明的一个方面，提供有一种制作LED芯片的方法，该方法包括设置衬 底，该衬底具有第一表面和与该第一表面相反的第二表面；对该衬底的该第一表面进行粗 化处理；直接在经粗化处理后的第一表面上形成覆盖在经粗化处理后的第一表面的金属 层；以及在该第二表面上形成出光结构，其中从该出光结构发射的光包括远离该衬底的方 向传播的光以及向着该衬底的方向传播的光，向着该衬底的方向传播的光至少部分地透过 该衬底后被该金属层反射。根据本发明的另一个方面，提供有一种LED芯片，包括衬底，具有一表面和与该一 表面相反的粗化表面；出光结构，形成在该一表面上，该出光结构发射的光包括远离该衬底 的方向传播的光以及向着该衬底的方向的光，并且向着该衬底的方向传播的光至少部分地 透过该衬底；以及金属层，被形成在该粗化表面上，并且用于反射向着该衬底的方向传播的光。
采用本发明提供的制作LED芯片的方法，可以使得依该方法制得的LED芯片中出 光结构发射的向着衬底方向传播并从衬底背面出射的光被直接地、牢固地附着在衬底背面 的金属层反射为从衬底正面或侧面出射，借此能够有效地利用上述向着衬底方向传播的 光，提高LED芯片的整体出光效率。在大电流驱动下可以得到比一般芯片多出90%的光效 率。更重要地，采用上述方法，LED芯片中的金属反射层直接地、牢固地附着于衬底的背面， 因此不会存在现有技术中金属反射层附着力差或者从向着衬底方向传播的光不能直接到 达金属反射层而导致出光效率提升效果不佳等问题。
结合在说明书中并构成说明书一部分的附图用于说明本发明的具体实施方式
，并 与上述总体说明和下述实施方式的详细说明一起对本发明的原理进行说明。图1是显示根据本发明的第一实施例的经粗化处理前的LED芯片的衬底的示意 图；图2是显示对根据本发明的第一实施例的LED芯片的衬底的背面进行研磨处理后 的示意图；图3是显示对如图2所示的LED芯片的衬底的背面进行进一步等离子处理后的示 意图；图4是显示在如图3所示的LED芯片的衬底的背面上形成金属膜后的示意图；以 及图5是显示在如图4所示的LED芯片的衬底的正面上形成出光结构后的示意图。
具体实施例方式下面将参照
本发明的具体实施例。根据本发明的第一实施例的制作LED芯片的方法包括以下步骤图1是显示根据本发明的第一实施例的经粗化处理前的LED芯片的衬底1的示意 图。如图1所示，所设置的衬底1包括第一表面(即，背面)10和与第一表面10相反的第 二表面(即，正面)11。衬底1可以是LED芯片制作领域中任何可用的材料构成。在根据本 发明的第一实施例中，衬底1是蓝宝石衬底。首先，对衬底1的背面10进行粗化处理。粗化处理可以是利用研磨颗粒与表面的 相对运动的方式进行的研磨处理、等离子体轰击表面以达到粗化目的的等离子处理、利用 光化学方式蚀刻表面的粗化处理等适用的表面粗化处理手段。根据实际的LED芯片的制程需要，该粗化处理可以分为一个或多个阶段完成。在 根据本发明的第一实施例中，为节约整个粗化处理的处理时间及处理成本，优选的是将粗 化处理分成两个阶段，即，粗化处理分为第一粗化处理和第二粗化处理两个阶段。先对作为衬底1的背面10进行第一粗化处理，使得经第一粗化处理后的背面10 具有第一表面粗度。随后，对经第一粗化处理后的背面10进行第二粗化处理，经第二粗化 处理后的背面10具有第二表面粗度，并且第二表面粗度大于第一表面粗度。其中，表征表 面的粗糙程度的表面粗度越小，则表面越光滑；相反地，表面粗度越大，表面越粗糙。在根据本发明的第一实施例中，更优选的是，第一粗化处理是研磨处理，而第二粗化处理是等离子处理。下面介绍作为第一粗化处理的实例的研磨处理。研磨处理在蓝宝石衬底1的减薄 过程中进行。第一实施例中，优选的是，研磨时将研磨盘的转速控制在200至600rpm，研磨 衬底的速度控制在0. 1至1 μ m/s。通过这样的对研磨盘的转速的调整，既可以降低研磨产 生的应力问题，在保证衬底背面的粗糙程度的同时还可以保证衬底的良率，在衬底减薄到 90至170um不会产生任何解理。图2是显示对根据本发明的第一实施例的LED芯片的衬底1的背面10进行研磨 处理后的示意图。经过研磨处理后，背面10呈现如图1所示的形貌P。呈现形貌P的背面 10是具有第一表面粗度的第一表面的实例。形貌P是研磨处理所形成的微小凹凸结构，其 中的黑点表示研磨所形成的微小凸起，而黑点间的空白表示微小凸起之间的间隔(或研磨 在背面上所形成的凹陷)。下面描述作为第二粗化处理的实例的等离子处理。在根据本发明的第一实施例 中，使用等离子处理设备，具体而言，使用型号为unaxis ICP 6919的等离子处理设备对研 磨处理后的呈现形貌P的背面10轰击用于半导体表面处理的高纯特种气体。在根据本发明 的第一实施例中，优选的是，特种气体是氦气、氩气、氧气中的其中一种或它们任意的组合。 同时，轰击的偏压功率使用10至80W，ICP功率为100至400W，轰击时间在10至600秒。图3是显示对如图2所示的LED芯片的衬底1的背面10进行进一步等离子处理 后的示意图。经过等离子处理后，背面10呈现如图2所示的形貌N。呈现形貌N的背面10 是具有第二表面粗度的第一表面的实例，其中第二表面粗度大于第一表面粗度。与形貌P 对比，形貌N中的黑点密度更高，即表示单位面积内背面10上的微小凸起更多。形貌N所 表现的背面10的粗化程度比形貌P更高。以上的等离子处理能够对衬底的背面进行相对于研磨处理更高密度的粗化处理。 如此，衬底背面与随后在其上形成的金属反射层之间的接触得到改善。由于在单位面积的 衬底上，金属反射层与衬底的接触面积增加，因此金属反射层的附着力增强，如此可以解决 传统工艺中因黏附性差而导致直接附着于衬底背面上的金属反射层容易脱落的问题。此 外，上述等离子处理还能够进一步地释放制作过程中对蓝宝石衬底产生的应力。接下来，参照图4说明在经粗化处理后的背面10上形成金属层的处理。图4是显 示在如图3所示的LED芯片的衬底1的背面10上形成金属膜3和4后的示意图。如图4所示，直接在经上述包括作为第一粗化处理的实例的研磨处理和作为第二 粗化处理的实例的等离子处理的粗化处理后的背面上形成覆盖在背面10的作为金属层的 实例的金属膜3。根据实际制作的需要，金属膜3可以覆盖整个衬底1的背面10，也可以只 覆盖背面10上与将形成在衬底1的正面11上的出光结构2对应的区域。由于对将被附着的衬底1的背面10进行了如上所述的粗化处理。因此，在根据本 发明的制作LED芯片的方法中，不必预先在背面10上沉积氧化硅层或形成附着力强的金属 层，可以直接将起着反射光的作用的金属膜3形成在背面10上。在经粗化的背面10上形成金属膜3的方法可以是蒸镀或镀敷等适用于在表面上 形成金属膜的方法。根据本发明的第一实施例，优选的是，利用蒸镀的方法将金属膜3形成 在背面10上。在蒸镀金属膜3时，首先要将真空金属镀膜设备，具体而言，型号为EBX-2000的真
5空金属镀膜设备加热到设定的温度，镀膜设备的腔体温度控制在50至300摄氏度，真空压 力需要达到6.E-05bar。对于构成金属膜3的材料，优选的是选用具有较佳反射光的性能的金属，具体而 言，选用铝(Al)、镍(Ni)、钛(Ti)或ITO等，以达到最好的反射光的效果。对于所选金属的不同，所形成的金属膜3的厚度也是有区别的。在根据本发明的 第一实时例中，优选的是，如果在背面10上形成铝膜，则铝膜的厚度优选为1000到10000 埃；如果在背面10上形成镍膜，则镍膜的厚度优选为5到50埃；如果在背面10上形成钛 膜，则钛膜的厚度优选为5到50埃；以及如果在背面10上形成ITO膜，则ITO膜的厚度优 选为10到2000埃。此外，在根据本发明的第一实施例中，为便于产品运用和增加散热等功能，还需要 在其后形成一层附加的金属层(金属膜)4。根据本发明的第一实施例，优选的是，如果在 背面10上形成的是铝膜，则再在铝膜上形成厚度为2000到20000埃的铜膜作为金属膜4 ； 如果在背面10上形成的是镍膜，则再在镍膜上形成厚度为1000到10000埃的银膜和2000 到20000埃的铜膜的组合作为金属膜4 ；如果在背面10上形成的是钛膜，则再在钛膜上形 成厚度为1000到10000埃的银膜和2000到20000埃的铜膜的组合作为金属膜4 ；如果在 背面10上形成的是ITO膜，则再在ITO膜之后形成厚度为1000到10000埃的银膜和2000 到20000埃的铜膜的组合作为金属膜4。在衬底1的背面10上形成有金属膜3和4的LED芯片如图4所示。下面参照图5描述在衬底的正面11上形成出光结构2的步骤。图5是显示在如 图4所示的LED芯片的衬底的正面11上形成出光结构2后的示意图。该出光结构2是本 领域技术人员熟知的任意的用于LED的出光结构，例如第III V族化合物半导体发光结 构等。从出光结构2出射的光包括远离衬底1的方向传播的光以及向着衬底1的方向传播 的光。其中，向着衬底1的方向传播的光至少部分地透过蓝宝石衬底1后被金属膜3反射。 这里的反射是指漫反射或者漫反射和镜面反射的结合。另外，如图5所示，在实际的LED芯片的制作过程中，为大规模生产考虑，需要在同 一衬底1上形成多个出光结构2。此后，为切割出多个期望尺寸的LED芯片，可以将衬底1 切割为多个部分，其中每个部分上包括至少一个出光结构。这样包含至少一个出光结构的 每个部分成为一个单独的LED芯片。优选的是，采用激光切割的方法进行切割。然而，激光 切割会对LED芯片的衬底侧面烧伤严重，会影响被金属膜3反射的光从被切割出的部分的 侧面光的出射。在本发明的实施例中，通过利用磷酸或磷酸和硫酸的组合等处理激光切割 在被切割出的部分上所形成的切割面，去除烧伤残留的杂质，消除其影响，进一步提升所制 得的LED芯片的出光效率。下面说明根据本发明的第二实施例。本发明的第二实施例是利用第一实施例中介 绍的方法所制作的LED芯片。该LED芯片包括衬底，衬底具有两个相反的表面，其中一个表 面是粗化表面。在与粗化表面相反的表面上形成出光结构。出光结构发射的光包括远离衬 底的方向传播的光以及向着衬底的方向的光，并且向着衬底的方向传播的光至少部分地透 过衬底。金属层被形成在粗化表面上，用于反射上述向着衬底的方向传播的光。利用上面介绍的制作LED芯片的方法，可以提高所制得的LED芯片的出光效率，具 体而言，在大电流驱动下可以得到比一般芯片多出90 %的光效率。
其他的优点和变型对本领域技术人员来说是容易想到的。因此，本发明就较宽的 方面而言，并不局限于这里显示和描述的具体细节和典型实施例。在不脱离所附的权利要 求及其等同概念所定义的总的发明构思的宗旨和范围的情况下，可进行各种变形。
权利要求
1.一种制作LED芯片的方法，其特征在于，所述方法包括设置衬底，所述衬底具有第一表面和与所述第一表面相反的第二表面； 对所述衬底的所述第一表面进行粗化处理；直接在经粗化处理后的第一表面上形成覆盖在经粗化处理后的第一表面的金属层；以及在所述第二表面上形成出光结构，其中从所述出光结构发射的光包括远离所述衬底的 方向传播的光以及向着所述衬底的方向传播的光，向着所述衬底的方向传播的光至少部分 地透过所述衬底后被所述金属层反射。
2.如权利要求1所述的制作LED芯片的方法，其特征在于， 所述粗化处理包括第一粗化处理和第二粗化处理，其中，先对所述第一表面进行第一粗化处理，经第一粗化处理后的第一表面具有第一 表面粗度，以及对所述经第一粗化处理后的第一表面进行第二粗化处理，经第二粗化处理后的第一表 面具有第二表面粗度，所述第二表面粗度大于所述第一表面粗度。
3.如权利要求2所述的制作LED芯片的方法，其特征在于， 所述第一粗化处理是研磨处理。
4.如权利要求3所述的制作LED芯片的方法，其特征在于， 所述衬底是蓝宝石。
5.如权利要求4所述的制作LED芯片的方法，其特征在于，在所述研磨处理中，实施研磨处理的设备的研磨盘的转速是200到600rpm，研磨衬底 的速度是0. 1至Ιμπι/s。
6.如权利要求2-5任意一项所述的制作LED芯片的方法，其特征在于， 所述第二粗化处理是等离子处理。
7.如权利要求6所述的制作LED芯片的方法，其特征在于，所述等离子处理包括向所述经第一粗化处理后的第一表面轰击特种气体。
8.如权利要求7所述的制作LED芯片的方法，其特征在于，轰击所述经第一粗化处理后的第一表面的所述使用的特种气体是氦气、氩气和氧气中 的其中一种或它们任意的组合。其中，轰击的偏压功率是10到80W，轰击的功率在100到400W，轰击的时间是10到600秒。
9.如权利要求1-2任意一项所述的制作LED芯片的方法，其特征在于，所述金属层是厚度为1000到10000埃的铝膜、厚度为5到50埃的镍膜、厚度为5到50 埃的钛膜以及厚度为10到2000埃的ITO膜中的其中一种。
10.一种LED芯片，其特征在于，包括衬底，具有一表面和与所述一表面相反的粗化表面；出光结构，形成在所述一表面上，所述出光结构发射的光包括远离所述衬底的方向传 播的光以及向着所述衬底的方向的光，并且向着所述衬底的方向传播的光至少部分地透过 所述衬底；以及金属层，被形成在所述粗化表面上，并且用于反射向着所述衬底的方向传播的光。
全文摘要
本发明提供有一种制作LED芯片的方法，该方法包括设置衬底，该衬底具有第一表面和与该第一表面相反的第二表面；对该衬底的该第一表面进行粗化处理；直接在经粗化处理后的第一表面上形成覆盖在经粗化处理后的第一表面的金属层；以及在该第二表面上形成出光结构，其中从该出光结构发射的光包括远离该衬底的方向传播的光以及向着该衬底的方向传播的光，向着该衬底的方向传播的光至少部分地透过该衬底后被该金属层反射。本发明还提供由该方法制作的LED芯片。
文档编号H01L25/075GK102005516SQ20091019480
公开日2011年4月6日 申请日期2009年8月28日 优先权日2009年8月28日
发明者李刚, 李忠武, 武乐可, 郭茂峰 申请人:上海蓝宝光电材料有限公司