专利名称：一种表面粗化的发光二极管芯片的制作方法
技术领域：
一种表面粗化的发光二极管芯片
技术领域：
本实用新型涉及一种芯片，尤其是涉及一种表面粗化的发光二极管芯片。
背景技术：
所谓的发光二极管(Light-Emitting Diode))就是将具备直接能隙的半导体材料做成P/N二极管，在热平衡的条件下，大部份的电子没有足够的能量跃升至导电带。再施以顺向徧压，则电子会跃升至导电带，而电子在原价键带上的原位置即产生空穴。在适当的徧压下，电子、空穴便会在P/N界面区域(P-N Juction)结合而发光，电源的电流会不断的补充电子和空穴给N型半导体和P型半导体，使得电子、空穴结合而发光得以持续进行。LED发光的原理是电子和空穴的结合，电子所带的能量，以光的形式释放出来，称为自发放射。一般LED所放出的光便是属于此种类型。 最早出现的发光二极管存在发光效率很低、寿命较短的缺陷，其发光二极管芯片的衬底是采用光滑的平面，在衬底上通过芯片制程的方法在衬底上生长出n型层、发光层、P型层、n型电极层以及p型电极层，上述所述在衬底上生长出的n型层、发光层以及p型层几乎都是较为光滑的平面。根据光的折射原理，光从光密(即光在其中传播速度较小的)介质射到光疏(即光在其中传播速度较大的)介质的界面时，光要离开法线折射，当入射角增加到某种情形时，折射线将延表面进行，即折射角为90。，该入射角称为临界角。若入射角大于临界角，则无折射，全部光线均反回光密媒质，此现象就出现了光的全反射。根据上述光的折射原理，由于芯片的折射率大于空气的折射率，光是通过折射从芯片中射入空气中的。由于芯片的衬底以及出光面都是较为光滑的平面，通电时，光在芯片内从不同的角度发出至芯片的发光表面上，当部分光在芯片内的入射角大于临界角时，这部分光会在通过芯片的出光面以及衬底的底部发生多次全反射，光在芯片内产生可见光共振，从而使部分全反射的光转换成热能，使整个芯片产生较高的热量。因此，这种芯片的制造存在着寿命短、出光效率低的缺陷。 随着芯片制程能力的不断提升，发光二极管要求的发光效率与亮度不断的增加，传统的芯片制程已不能解决大功率发光二极管的散热问题以及提高光效的技术问题，大功率的发光二极管也渐渐取代传统的小功率发光二极管，大功率芯片外延的结构与传统的发光二极管结构相同，但芯片制作工艺确不尽相同。大功率LED芯片的面积比传统普通LED芯片的面积要大，且大功率LED是在较大电源的工作环境下使用时将产生大量的热量。[0005] 为了将普通LED和大功率LED所产生的热量散布出去，将电能最大化地转化为光能，同时将普通LED以及大功率LED的出光效率进一步提升，一直以来都是本行业研发人员重点解决的课题之一。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种具有高发光效率的、表面粗化的发光二极管芯片。[0007] 对于本实用新型提供一种具有提高发光效率的、表面粗化的发光二极管芯片来说，其技术问题是通过以下技术方案实现的，一种表面粗化的发光二极管芯片，包括衬底，形成于衬底正面的n型半导体层，形成于n型半导体层上的发光层，形成于发光层上的p型半导体层，在n型半导体层上通过刻蚀形成的负电极焊线区，在p型半导体层形成的正电极金属层以及在负电极焊线区上形成的负电极金属层，在衬底的正面、背面以及在负电极金属层与发光层和P型半导体层之间的局部负电极焊线区设置有锥状的光学微结构。[0008] 本实用新型的有益效果是在芯片衬底的正面、背面以及在负电极金属层与发光层和p型半导体层之间的局部负电极焊线区形成锥状的光学微结构，锥状的光学微结构可
以减少光的全反射次数，避免部分光因全反射而被芯片吸收，通过锥状的光学微结构可以让芯片内发出的光最快、最大可能地折射到芯片外表面。从而大大改善了之前传统LED的全反射问题，避免了光在芯片内发生可见光共振，最大程度地将电能转化为光能，大幅度提高了 LED的外部量子效率，采用本实用新型，出光效率比传统发光二极管芯片的出光效率多出50%以上。
图1为本实用新型的第一种实施例的剖面结构示意图。[0010] 图2为本实用新型的第二种实施例的剖面结构示意图。 图3为本实用新型的第三种实施例的剖面结构示意图。图4为本实用新型的第四种实施例的剖面结构示意图。 图5为图1所示本实用新型的第一种实施例的平面示意图。 图6为图2、图3所示本本实用新型的第二种和第三种实施例的平面示意图。 图7为图4所示本实用新型的第四种实施例的平面示意图。 图8a、图8b为本实用新型局部负电极焊线区形成锥状的光学微结构在显微镜下显示的结构示意图。 图9a、图9b为本实用新型芯片的衬底正面形成锥状的光学微结构在显微镜下显示的结构示意图。 图10a、图10b为本实用新型芯片的衬底背面形成锥状的光学微结构在显微镜下显示的结构示意图。 图11a、图lib为本实用新型芯片的电流扩散层表面形成锥状的光学微结构在显微镜下显示的结构示意图。
具体实施方式
现将参考附图通过实施例详细描述本实用新型的实施例。 第一种具体实施例如图1和图5所示，本实用新型发光二极管芯片，包括衬底1，形成于衬底1正面的n型半导体层2，形成于n型半导体层2上的发光层3，形成于发光层3上的p型半导体层4，在n型半导体层2上通过刻蚀形成的负电极焊线区15，在p型半导体层4形成的正电极金属层7以及在负电极焊线区15上形成的负电极金属层8，在衬底1的正面设置有锥状的光学微结构IO，在衬底1的背面设置有锥状的光学微结构11以及在负电极金属层8与发光层3和p型半导体层4之间的局部负电极焊线区15设置有锥状的光
4学微结构9。锥状的光学微结构9、10、11就是在制造芯片时，在上述芯片的各界面上通过刻蚀方法形成表面粗化的结构，其表面粗化所形成的形状为锥状的光学微结构，所述锥状的光学微结构9、10、11有规则地排布在芯片的各界面上，参见附图8a、8b、9a、9b、10a、10b所示。所述锥状的光学微结构的作用是锥状的光学微结构可以减少光的全反射次数，避免部分光因全反射而被芯片吸收，可以让芯片内发出的光最快、最大可能地折射到芯片外表面，采用锥状的光学微结构的芯片可以改善传统LED的全反射问题，避免了光在芯片内发生可见光共振，最大程度地将电能转化为光能，大幅度提高了 LED的外部量子效率，从而实现了提高发光二极管芯片的出光效率。锥状体的高度为0. 5 5 i！ m，底部直径为2 10 ii m ;为达到更好的光线反射效果，锥状的光学微结构9的高度最好设置为1. 5 4 ii m，底部直径最好为4 8 ii m。为了使电流能在芯片表面上均匀的扩散，将正电极金属层7形成的图形线条到负电极金属层8形成的图形线条等距离设置，也就是正电极金属层7的图形线条的某一位置到相邻负电极金属层8的图形线条的距离相等，参照图5所示。所述正电极金属层7与负电极金属层8的厚度为1 5 ii m ;为了达到更好的出光及导热效果，所述正电极金属层7与负电极金属层8的厚度为2 3ym，正电极金属层7与负电极金属层8的材料可以选自不吸光的金属如银、铝、铬、镍、铜或铂。为了将芯片所产生的光在最短的时间内折射出去，最好是在设置有锥状的光学微结构9的衬底1的背面分别电镀一层氧化物反射层12以及金属反射层13。本实例所采用的衬底材料选用蓝宝石，在蓝宝石衬底正面形成n型半导体层2的材料可以选自氮化镓，在n型半导体层2上形成发光层3的材料可以选自铝铟镓氮，在发光层3上形成p型半导体层4的材料可以选自氮化镓。 第二种具体实施例如图2和图6所示，本实施例是在上述第一种具体实施例的基础上，在所述P型半导体层4上还形成有电流扩散层6，所述电流扩散层6的作用是将电流均匀地扩散开，使芯片发光时达到亮度均匀。 第三种具体实施例如图3和图6所示，本实施例是在上述第一种或第二种具体实施例的基础上，在P型半导体层4与正电极金属层7接触位置之间还设置有电流阻档层5，所述电流阻档层5的作用是阻止大量电流流入正电极金属层7与p型半导体层4接触的局部位置处，因此，可以使电流均匀地扩散在正电极金属层7以外的发光层3上，从而最大程度上减少了正电极金属层7对光的吸收，避免了发光二极管芯片的局部亮暗现象发生。[0023] 第四种具体实施例如图4和图7所示，本实施例是在上述第二种或第三种具体实施例的基础上，在电流扩散层6的表面设置有锥状的光学微结构14，参照图lla和llb所示，所述锥状的光学微结构14的作用与第一种具体实施例所述的作用相同，也就是改善传统LED的全反射问题，避免光在芯片内发生可见光共振，最大程度地将电能转化为光能，大幅度提高LED的外部量子效率，从而实现提发光二极芯片的发光效率。[0024] 以上所述均以方便说明本实用新型，在不脱离本实用新型创作的精神范畴内，熟悉此技术的本领域的技术人员所做的各种简单的变相与修饰仍属于本实用新型的保护范围。
权利要求一种表面粗化的发光二极管芯片，包括衬底，形成于衬底正面的n型半导体层；形成于n型半导体层上的发光层；形成于发光层上的p型半导体层；在n型半导体层上通过刻蚀形成的负电极焊线区；在p型半导体层形成的正电极金属层以及在负电极焊线区上形成的负电极金属层；其特征在于在衬底的正面、背面以及在负电极金属层与发光层和p型半导体层之间形成的局部负电极焊线区设置有锥状的光学微结构。
2. 根据权利要求1所述的一种表面粗化的发光二极管芯片，其特征在于在所述P型 半导体层上还形成有电流扩散层。
3. 根据权利要求2所述的一种表面粗化的发光二极管芯片，其特征在于在所述电流 扩散层表面设置有锥状的光学微结构。
4. 根据权利要求1或2或3所述的一种表面粗化的发光二极管芯片，其特征在于所述锥状体的高度为0. 5 5 ii m，底部直径为2 10 ii m。
5. 根据权利要求4所述的一种表面粗化的发光二极管芯片，其特征在于所述锥状体 的高度为1. 5 4 ii m，底部直径为4 8 ii m。
6. 根据权利要求1或2或3所述的一种表面粗化的发光二极管芯片，其特征在于所 述正电极金属层形成的图形线条至负电极金属层形成的图形线条距离相等。
7. 根据权利要求6所述的一种表面粗化的发光二极管芯片，其特征在于所述正、负电 极金属层的厚度为1 5iim。
8. 根据权利要求7所述的一种表面粗化的发光二极管芯片，其特征在于正、负电极金 属层的厚度为2 3iim。
9. 根据权利要求1或2或3所述的一种表面粗化的发光二极管芯片，其特征在于所 述p型半导体层与正电极金属层接触位置之间设置有电流阻档层。
10. 根据权利要求1或2或3所述的一种表面粗化的发光二极管芯片，其特征在于在 所述衬底的背面还分别镀有氧化物反射层以及金属反射层。
专利摘要本实用新型公开了一种表面粗化的发光二极管芯片，在衬底正面形成锥状的光学微结构，在刻蚀后的衬底正面生长n型半导体层、发光层和p型半导体层，通过刻蚀形成负电极焊线区，在负电极焊线区上制作负电极金属层，在p型半导体层上制作正电极金属层，在负电极金属层与发光层和p型半导体层之间的局部负电极焊线区形成锥状的光学微结构，衬底背面通过研磨抛光后，在衬底的背面形成锥状的光学微结构。锥状的光学微结构可以减少光的全反射次数，避免部分光因全反射而被芯片吸收，可以让芯片内发出的光最快、最大可能地折射到芯片外表面，避免了光在芯片内发生可见光共振，从而实现提高发光二极管芯片的出光效率。
文档编号H01L33/00GK201450021SQ200920052340
公开日2010年5月5日 申请日期2009年3月9日 优先权日2009年3月9日
发明者叶国光, 梁伏波, 樊邦扬 申请人:鹤山丽得电子实业有限公司