[发明专利]高度反射倒装芯片LED管芯

说明书

LED管芯（40）包括外延生长在透明生长衬底（46）的第一表面之上的N型层（18）、P型层（22）和有源层（20）。光通过与第一表面相对的衬底的第二表面发射并且通过磷光体层（30）波长转换。在中心区域（42）中并且沿管芯的边缘（44）蚀刻开口（42,44）以暴露衬底（46）的第一表面。诸如银之类的高度反射金属（50）沉积在开口中并且与金属P接触件绝缘。反射金属可以通过沿每一个开口的内部边缘电气连接到N型层的所暴露侧面来传导用于N型层的电流。反射金属反射由磷光体层发射的向下的光以改进效率。由反射金属提供的反射区域可以形成管芯区域的10%‑50%。

技术领域

本发明涉及具有诸如磷光体层之类的波长转换层的发光二极管（LED）的金属化，并且具体地涉及用于金属化这样的LED管芯的表面以改进光的向上反射的技术。

背景技术

一种类型的常规LED是具有沉积在其顶部发光表面之上的磷光体层的蓝光发射LED。LED通常是基于GaN的。蓝光激发磷光体，并且由磷光体发射的经波长转换的光与通过磷光体漏出的蓝光组合。实际上可以因此创建任何颜色，诸如白光。

以下更加详细讨论的关于这样的经磷光体转换的LED（PCLED）的一个问题在于，由磷光体层发射的光是各向同性的，其中一些光向上发射并且离开LED管芯，而一些光在回到管芯的半导体部分中的方向上发射。该光的大部分然后被LED管芯的底表面上的金属接触件向上反射回来。为了最小化反射率损失，金属接触件应当具有在整个可见光谱中的非常高的反射率特性的特征，这通常难以实现。

LED封装效率是在已经生成/转换光之后从LED提取光的能力。改进这样的封装效率当今被视为增加LED的光效能方面的主要阻碍之一。

经磷光体转换的LED中的增加的封装效率可以通过增加诸如倒装芯片之类的架构中的LED管芯的反射率来实现。

在倒装芯片（FC）管芯架构中，从典型地为“顶部”半导体表面的半导体N型层提取光。P型层是面向安装衬底（例如印刷电路板）的“底部”半导体层。金属接触件（电极）形成在管芯的底表面上。通过蚀刻掉P型层和有源层（即量子阱）以暴露N型层的部分来形成N接触件。然后在开口内的所暴露的P型层和有源层之上图案化电介质层（以便避免短路），并且将诸如铝之类的金属层沉积在开口内以接触N型层。N接触件可以以横跨管芯的过孔和/或围绕管芯边缘的凹槽的形式布置，其中电流然后跨N型层横向扩散。在N接触件之上不生成光，因为在那些区域中已经移除有源层。

金属P接触件通常在表面积方面最大，并且其还在功能上用作镜面反射体。P接触件通常包括Ag（银）材料。由于Ag迁移的能力，因此金属防护片层一般用于防止Ag迁移到任何下面的电介质层中。铝，而非银，典型地用于N接触件以得到对N型层的改进的电气耦合。

在现有技术中，通过进一步移除生长衬底（例如蓝宝石衬底），接着是从其提取所生成的（蓝）光的所暴露N层表面的粗糙化过程，实现薄膜倒装芯片（TFFC）架构。粗糙化通过减少内部反射来改进光提取。

在经磷光体转换的TFFC LED中，磷光体层还可以沉积在或附连到经粗糙化的N层表面，因而将光从窄波长范围转换到意义明确的宽带光谱中。

图1-3图示了一种类型的现有技术经磷光体转换的TFFC LED。

图1是LED管芯10的自底向上视图，其示出了大金属P接触层12、沿其中做出到N型层的电气接触的边缘的窄N接触区域14、以及其中做出到N型层的附加电气接触以得到良好电流扩散的分布式N接触区域16。在区域14和16处接触N型层的金属层典型地为Al，其具有针对感兴趣波长的90%以下的反射率。