专利名称：发光二极管芯片的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及发光二极管芯片，特别涉及具有高出光效率的发光二极管芯片。
背景技术：
氮化镓基发光二极管的发光效率随着外延技术的提升、材料品质的改善而不断得到提升。衡量发光二极管发光效率之一的内量子效率已几乎接近其理论极限，也就是说半导体发光材料在电光转换效率上已远超过其它任何发光光源，为半导体照明奠定了坚实的基础。
由于半导体材料与封装用环氧树脂、环氧树脂与空气之间的折射率相差非常大，如对450mm波长而言，氮化镓的折射率为2.45，环氧树脂的折射率为1.4，当光线通过上述界面时，其全内发射角取决于界面两侧材料的介电常数，Θ＝arcsin(n1/n2)对未封装的AlInGaP芯片，其全内反射角为18度，对未封装的GaN芯片其全反射角为27度，相对应的，只有约2％和4％的光可以通过芯片材料和空气的界面逸出。可见，芯片的发光效率几乎取决于芯片的出光效率(萃光效率)或外量子效率。
人们采用了各种不同的技术来减少光线的全反射、提升芯片的出光效率。如早在60年代初人们就采用改变芯片外形提升出光效率(W.N.Carr，et al.；Appl.Phys.Lett.，3，173，1963)也可以在发光区底部(正面出光)加装全方位反射膜(J.K.Kim.et al.Appl.Phys.Lett.，84，4508，2004)或在外延材料内加DBR结构将反射回来的光再反射回到原出光方向，通过多次往返的反射和折射，光子再生等手段来提升出光效率(T.Kato，et al.，J.Crystal Growth 107，832，1991)。出光面的表面粗糙可以将那全反射回去的光改变方向，继而在另一表面或反射回原表面时不被全反射而透过界面，并能起到防反射的功能(P.Windisch，et al.，Appl.Phys.Lett，74，2256，1999)。
改变芯片形状一般涉及到复杂的工艺制备过程，成本很高，特别是对以蓝宝石材料作为衬底材料的氮化镓基芯片而言，由于蓝宝石的硬度次于金刚石，加工难度非常大，改变芯片外形来提升芯片出光效率的实用意义不大。由于氮化镓基材料间的反射率相差不大，很难外延生长反射率高的DBR结构，而在芯片底部加装反射膜不仅增加工艺环节，增加制造成本，还与封装过程中的芯片键合相冲突，其反射特性往往在键合过程中被破坏。优良的封装技术也能在芯片支架中提供一种反射功能来提高正面的出光效率。表面粗糙涉及到半导体材料本身的粗糙。如果半导体表面比较接近发光的量子阱，如氮化镓基芯片表面的P型材料的厚度一般小于2000A，很难在其表面粗糙化来提升出光效率。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种在不增加工艺环节、不增加制造成本、不影响芯片光电特性、不降低产品优良率的情况下，增加芯片出光面积的、结构简单的发光二极管芯片。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种发光二极管芯片，包括蓝宝石衬底、在所述衬底上外延生长的半导体材料层、以及在所述半导体材料层上设置的导电薄膜层；所述半导体材料层包括N型氮化镓层、在所述N型氮化镓层上设置的量子阱层、在所述量子阱层上设置的P型氮化镓层；在所述导电薄膜层和所述N型氮化镓层设有正电极和负电极；在所述P型氮化镓层和所述量子阱层上设置、从其边缘开设的、朝向所述正电极的开槽；所述开槽与所述正电极之间具有间隔。
上述发光二极管芯片所述的导电薄膜层为在所述P型氮化镓层上设置的透明导电薄膜层；所述透明导电薄膜层为Ni/Au或ITO或NiO/Au。或者，所述导电薄膜层为在所述P型氮化镓层上设置的反光导电薄膜层；所述反光导电薄膜层包括在P型氮化镓上制备的Ni/Au或ITO或NiO/Au，以及在所述Ni/Au或ITO或NiO/Au薄膜上制备的高反射率的Ag层和Al层。
上述发光二极管芯片所述的开槽与所述正电极之间的间隔为所述开槽长度的1/6-2/3。
上述发光二极管芯片所述的开槽的总面积与所述导电薄膜层的出光面积之比为10-40之间。所述开槽的总面积与所述导电薄膜层的出光面积之比最佳为30。
与现有技术相比，本实用新型发光二极管芯片从其导电薄膜层、P型氮化镓层和量子阱层的边缘朝正电极的方向开设开槽，从而增加了周边面积，提供了更多的出光表面积，从而增大了发光二极管芯片的发光效率。而且，所述开槽的开设可以在蚀刻其导电薄膜层、P型氮化镓层和量子阱层形成键合负电极的裸露部分时同时形成，从而无需增加工艺环节、制造成本，并且不影响芯片光电特性、不降低产品优良率。
下面将结合附图及实施例对本实用新型发光二极管芯片及其制备方法作进一步说明，附图中
图1是本实用新型发光二极管芯片第一实施例的正面示意图。
图2是本实用新型发光二极管芯片根据图1的A-A剖面线的剖视示意图。
图3是本实用新型发光二极管芯片第二实施例的正面示意图。
图4是本实用新型发光二极管芯片根据图3的B-B剖面线的剖视示意图。
图5是本实用新型发光二极管芯片第三实施例的正面示意图。
图6是本实用新型发光二极管芯片第四实施例的正面示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的发光二极管芯片作进一步详细的描述。本实用新型的发光二极管芯片包括蓝宝石衬底、在所述衬底上外延生长的半导体材料层，在所述半导体材料上设置的导电薄膜层以及在所述半导体材料上设置的正电极和负电极。所述导电薄膜层可以为透明导电薄膜或者发光导电薄膜层。所述半导体材料包括在所述衬底上生长的N型氮化镓层、在所述N型氮化镓层上设置的量子阱层、在所述量子阱层上设置的P型氮化镓层。而在所述半导体材料上还开设有朝向所述正电极的开槽，并且所述开槽与所述正电极之间具有间隔。所述开槽可以为一个或多个，所述开槽从所述P型氮化镓层的边缘朝向所述正电极的方向开设，并且与正电极之间保持一定的间隔，所述间隔为所述开槽长度的1/6-2/3。所述开槽的总面积与所述导电薄膜层的出光总面积之比为10-40倍，其最佳为30倍。所述导电薄膜层可以为Ni/Au或ITO或NiO/Au。
如图1、图2所示，是本实用新型发光二极管芯片的第一实施例，是正装焊用芯片，包括蓝宝石衬底101；在所述衬底101上通过外延生长的多层氮化镓基半导体材料层，其典型结构包括硅掺杂N型氮化镓102，氮化镓铟/氮化镓多重量子阱103，和镁掺杂P型氮化镓104；通过蚀刻所述半导体外延材料使得N型氮化镓102部分裸露，并且蚀刻有开槽105，在N型氮化镓102裸露的部分设有负电极106；在未被蚀刻的所述P型氮化镓104表面制备透明导电薄膜107层，本实施例中所述导电薄膜层为Ni/Au，当然可以选用ITO或其他材料，并且在所述导电薄膜层上制备正电极108。在本实施例中所述开槽105为四个，从所述量子阱103层和所述P型氮化镓104层的边缘，向朝向所述正电极108的方向设置，呈现为放射状；而且所述开槽105与所述正电极108之间设有一定的间隔，从而保证不会产生截面漏电，在本实施例中所述的间隔的长度为所述开槽105的长度的1/2。在本实施例中，所述开槽105的总面积与所述导电薄膜层的出光面积之比约为30倍，从而增加了整个发光二极管芯片的出光面积，增加了出光效率。而且，由于所述开槽105是在蚀刻N型氮化镓102植被负电极106的时候同时形成，因而无需增加工艺环节、制造成本，并且所述开槽105的开设并不影响芯片光电特性、不降低产品的成品率。
如图3、图4所示，是本实用新型发光二极管芯片的第二实施例，是倒装焊用的芯片，包括蓝宝石衬底201；在所述衬底201上通过外延生长的多层氮化镓基半导体材料层，所述半导体材料层包括硅掺杂N型氮化镓202，氮化镓铟/氮化镓多重量子阱203，和镁掺杂P型氮化镓204；通过蚀刻所述半导体外延材料使得N型氮化镓202部分裸露，并且蚀刻有开槽205，在N型氮化镓202裸露的部分设有负电极206；在未被蚀刻的所述P型氮化镓204表面制备反光导电薄膜层207。首先在所述P型氮化镓204上制备Ni基薄膜(如Ni/Au或NiO/Au)或ITO，并与P型氮化镓204低阻欧姆接触后，再在其上制备高反射率的Ag层或Al层；或首先在P型氮化镓204上制备氮化镍/金(NiO/Au)基多层薄膜，并与P型氮化镓204形成低阻欧姆接触后再在其上制备高反射率的Ag层和Al层，从而制备高亮度的反光导电薄膜层207。在本实施例中所述开槽205为两个，从所述量子阱203层和所述P型氮化镓204层的边缘，向朝向所述正电极208的方向设置，呈现为放射状；而且所述开槽205与所述正电极208之间设有一定的间隔，从而保证不会产生截面漏电，在本实施例中所述的间隔的长度为所述开槽205的长度的1/2。在本实施例中，所述开槽205的总面积与所述导电薄膜层的出光面积之比约为15倍。
如图5所示，是本实用新型发光二极管芯片的第三实施例；图6所示，是本实用新型发光二极管芯片的第四是实施例。第三实施例和第四实施例与第一实施例的区别在于，所述开槽的数量不一样，第三实施的开槽305为七个，而第四实施例的开槽405为八个，从而可以进一步增加开槽的总面积与所述导电薄膜层的出光面积之比，从而增加发光二极管的出光效率。当然，第三实施例和第四实施例的开槽也可以应用于第二实施例中。
权利要求1.一种发光二极管芯片，包括蓝宝石衬底、在所述衬底上外延生长的半导体材料层、以及在所述半导体材料层上设置的导电薄膜层；所述半导体材料层包括N型氮化镓层、在所述N型氮化镓层上设置的量子阱层、在所述量子阱层上设置的P型氮化镓层；在所述导电薄膜层和所述N型氮化镓层设有正电极和负电极，其特征在于，在所述P型氮化镓层和所述量子阱层上设置、从其边缘开设的、朝向所述正电极的开槽；所述开槽与所述正电极之间具有间隔。
2.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述导电薄膜层为在所述P型氮化镓层上设置的透明导电薄膜层。
3.根据权利要求2所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述透明导电薄膜层为Ni/Au或ITO或NiO/Au。
4.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述导电薄膜层为在所述P型氮化镓层上设置的反光导电薄膜层。
5.根据权利要求4所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述反光导电薄膜层包括在P型氮化镓上制备的Ni/Au或ITO或NiO/Au，以及在所述Ni/Au或ITO或NiO/Au薄膜上制备的高反射率的Ag层和Al层。
6.根据权利要求3或5所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述开槽与所述正电极之间的间隔为所述开槽长度的1/6-2/3。
7.根据权利要求6所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述开槽的总面积与所述导电薄膜层的出光面积之比为10-40之间。
8.根据权利要求7所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述开槽的总面积与所述导电薄膜层的出光面积之比为30。
专利摘要本实用新型的一种发光二极管芯片，包括蓝宝石衬底、在所述衬底上外延生长的半导体材料层、以及在所述半导体材料层上设置的导电薄膜层。在导电薄膜层和N型氮化镓层设有正电极和负电极。在P型氮化镓层和量子阱层上设置、从其边缘开设的、朝向所述正电极的开槽；所述开槽与所述正电极之间具有间隔。开槽的开设增加了其周边面积，提供了更多的出光表面积，从而增大了发光二极管芯片的发光效率。而且，所述开槽的开设可以在蚀刻其导电薄膜层、P型氮化镓层和量子阱层形成键合负电极的裸露部分时同时形成，从而无需增加工艺环节、制造成本，并且不影响芯片光电特性、不降低产品优良率。
文档编号H01L33/00GK2789935SQ200420150549
公开日2006年6月21日 申请日期2004年10月9日 优先权日2004年10月9日
发明者李刚, 吴启保, 王胜国 申请人:方大集团股份有限公司