专利名称：一种可制备大功率发光二极管的半导体芯片的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及半导体器件，具体涉及半导体大芯片结构，更具体地说，涉及一种可制备大功率发光二极管的半导体芯片。
背景技术：
随着以氮化镓及其化合物为代表的“第三代”半导体技术的发展，以氮化镓及其化合物为基的蓝绿光以及白光LED在光电显示等领域中的应用越来越广泛，LED在白光照明、交通灯显示、三基色全彩色显示、IC等各种领域中的应用越来越多。随着技术的发展，已经有蓝绿光LED及白光LED用于显示用途及部分照明用途。但客观上需要有更高亮度的LED芯片，以满足照明和其它方面应用的要求。现有技术存在的主要缺点在于，LED芯片的尺寸大约为0.3×0.3mm或更小，发光亮度不高，并且由于芯片上所附衬底硬度比较高，因此，如果芯片过小，不仅发光亮度不高，而且划片成本也会很高，从而导致了整个芯片的制造成本过高，这又阻碍了LED芯片的市场推广。因此，需要提供一种能克服以上缺点的低成本的LED芯片结构。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是如何提供一种新结构的半导体芯片，可以用于大功率发光二极管芯片和其它半导体器件的制备，其中，大尺寸的芯片可设计成大约0.5×0.5mm左右使得所得到LED发光亮度会更高，但大芯片尺寸也可以制作成更大或更小。同时，为了克服由于芯片尺寸过大而带来的发热大、出光率低并且散热效果不佳的问题，根据本实用新型的芯片被设计成可更加容易散热和/或出光，从而使大芯片的性能更加稳定，发光亮度更高。
本实用新型上述技术问题这样解决，构造一种可制备大功率发光二极管的半导体芯片，包括n极区域、p极区域，以及n极区域与p极区域之间的电子-空穴复合区域，其特征在于，还包括多条开在n极区域与p极区域之间且贯穿或部分地深入电子-空穴区域的用于散热和出光的开口。
在按照本实用新型提供的芯片中，还包括衬底(100)，所述n极区域(101)、p极区域(103)在所述衬底(100)的同一侧，其中，n极区域(101)较靠近衬底(100)，p极区域(103)较远离衬底(100)，在所述N极区域(101)上设有N电极(104)，在所述P极区域(103)上设有P电极(105)，所述开口是开通于n极区域(101)并穿过或部分地深入到电子-空穴区域(102)而延伸到p极区域(103)或开通于p极区域(103)并穿过电子-空穴区域(102)而延伸到n极区域(101)的开口(106)。
在按照本实用新型提供的芯片中，所述衬底(100)是适合于生长氮化镓及其化合物的材料。
在按照本实用新型提供的芯片中，所述衬底(100)采用氮化镓单晶、单晶硅、蓝宝石(α-Al2O3)单晶、二氧化硅单晶、碳化硅(SiC)单晶中的一种，通过光刻、蒸镀、离子溅射方法在N极区域(101)的一个角上形成所述N电极(104)，并且从该角朝着与其相邻的一个边缘延伸，同样，通过光刻、蒸镀、离子溅射方法在P极区域(103)上与所述N电极(104)相对的一个角上制作所述P电极(105)，并且从该角朝着与其相邻的一个边缘延伸。
在按照本实用新型提供的芯片中，所述衬底(100)采用蓝宝石单晶，所述N电极(104)和所述P电极(105)的制作材料是金、镍、银、铜或其合金，所述电子-空穴复合区域(102)是单异质结、双异质结、单量子阱或多量子阱的结构。
在按照本实用新型提供的芯片中，所述电子-空穴复合区域(202)设在n极区域(201)、p极区域(203)之间，在N极区域(201)上设有N电极(204)，在P极区域(203)上设有P电极(205)。
在按照本实用新型提供的芯片中，将整个N极区域(201)设置成N电极(204)，或将整个P极区域(203)设置成P电极(205)。
在按照本实用新型提供的芯片中，通过光刻、蒸镀、离子溅射方法在N极区域(201)的一个角上形成所述N电极(204)，并且从该角朝着与其相邻的一个边缘延伸，同样，通过光刻、蒸镀、离子溅射方法在P极区域(203)上与所述N电极(204)相对的一个角上制作所述P电极(205)，并且从该角朝着与其相邻的一个边缘延伸。
在按照本实用新型提供的芯片中，所述N电极(104)和所述P电极(105)的制作材料是金、镍、银、铜或其合金，所述电子-空穴复合区域(102)是单异质结、双异质结、单量子阱或多量子阱的结构。
在按照本实用新型提供的芯片中，所述开口为三角形开口、阶梯形开口、弧形开口、梯形、矩形的开口，以点状、凹窝状、折线状、曲线状、螺旋状分布并延伸到芯片边沿，延伸到贯穿电子-空穴复合区域的深度。
实施本实用新型提供的一种可制备大功率发光二极管的半导体芯片，可用于大功率发光二极管芯片和其它半导体器件的制备，即不限于在LED领域的应用，还可用作IC上的大功率芯片、激光二极管(LD)、紫外探测器、各种其它晶体管器件等。由于开口的设置，有效克服了由于芯片尺寸大带来的发热大、出光率低并且散热效果不佳的问题，从而使生产出的半导体器件(例如LED)的性能更加稳定，发光亮度更高。
图1A和图1B分别是根据本实用新型的半导体芯片的一个实施例的立体透视图及主视图，其中示意性地显示了芯片的同面电极和开口；图1C是根据图1A所示半导体芯片的侧视图，示意性地显示了n极区域、p极区域、n电极、p电极、电子-空穴复合区域、衬底及开口；图2A是根据本实用新型的半导体芯片的另一实施例的立体透视图，图中示意性地显示了同面电极和开口，其中该大芯片结构中除去了衬底；图2B是根据图2A所示半导体芯片结构的侧视图，示意性地显示了n极区域、p极区域、n电极、p电极、电子-空穴复合区域及开口；图3A是根据本实用新型的半导体芯片的另一实施例的立体透视图，图中示意性地显示了异面电极和开口，其中该大芯片结构中除去了衬底；图3B是根据图3A所示半导体芯片结构的侧视图，示意性地显示了n极区域、p极区域、n电极、p电极、电子-空穴复合区域及开口；
图4示意性地显示了根据本实用新型的半导体芯片的另一种开口的横截面的形状；图5示意性地显示了根据本实用新型半导体芯片的另一种开口的横截面的形状；图6示意性地显示了根据本实用新型的芯片结构的另一种开口的横截面的形状；图7示意性地显示了根据本实用新型的半导体芯片结构的另一种开口的横截面的形状；图8示意性地显示了根据本实用新型的半导体芯片结构的另一种开口的横截面的形状。
具体实施方式
在进一步介绍本实用新型之前，应当理解，由于可以对特定实施例进行修改，因此本实用新型并不限于下述的特定实施例。还应理解，由于本实用新型的范围只由所附权利要求限定，因此所采用的用语只是用于介绍这些特定实施例，而不是限制性的。除非另有说明，否则这里所用的所有技术和科学用语与本领域的普通技术人员所普遍理解的意义相同。另外，必须注意到，除非上下文中另有清晰的说明，否则在本文中及所附权利要求中使用的单数形式比如“一个”、“此”和“这个”等均包括了复数形式的含义在内。
按照本实用新型的半导体芯片，可以是大致长方形的形状或其它任何合适的形状，从电极制作的分布来看，可以有同面电极和异面电极。其中，采用同面电极时，靠近衬底的是n极区域，远离衬底的部分为p极区域，在n极区域与p极区域之间设有电子-空穴复合区域，在大芯片上设有多条开口于大芯片表面(即p极区域)的开口，所述开口穿过电子-空穴复合区域延伸到n极区域。另一方面，采用异面电极，在大芯片的一面设有n极，而相反的一面设有p极，在n极与p极之间设有电子-空穴复合区域，其中在大芯片上设有多条开口，此开口可开通于p极区域并穿过或部分地深入到电子-空穴区域而延伸到n极区域，或者此开口可开通于n极区域并穿过电子-空穴区域而延伸到p极区域。上述的开口可以是适合于散热和/或出光的任何形状或尺寸。
需要特别指出的是，本文中所指的大芯片除了可以用作发光二极管(LED)用途之外，还可以用于其它用途例如制作各类IC功率器件、紫外探测器、激光二极管等等。
下面将参考附图来介绍本实用新型，在这些附图中，类似的部件由类似的标号来表示。
实施例一图1A和图1B分别是本实用新型半导体芯片的第一实施例的立体透视图及主视图，图中示意性地显示了半导体芯片的同面电极和开口。该芯片包括衬底100、N极区域101、电子-空穴复合区域102、P极区域103。在N极区域101上设有N电极104，在P极区域103上设有P电极105。其中，衬底100可以是适合于生长氮化镓及其化合物的任何适当的材料，例如氮化镓单晶、单晶硅、蓝宝石(α-Al2O3)单晶、二氧化硅单晶、碳化硅(SiC)单晶等等，其中蓝宝石单晶是优选的衬底材料。可以通过任何适当的方法在N极区域101上制作N电极104，例如光刻、蒸镀、离子溅射等等。N电极104可设在N极区域101上的任何部位，但最好设在其中一个角上，并且从该角朝着与其相邻的一个边缘延伸。当然，N电极也可以是适合于电流密度均匀分布的任何其它形状，例如可延伸到N极区域101内的任意位置。同样，也可以通过任何适当的方法如光刻、蒸镀、离子溅射等在P极区域103上制作P电极105。P电极105可设在P极区域103上的任何部位，但最好设在与N电极相对的一个角上，并且从该角朝着与其相邻的一个边缘延伸。当然，P电极也可以是适合于电流密度均匀分布1的任何其它形状，或者延伸到P极区域的整个区域。制作N电极和P电极的材料可以是金、镍、银、铜等，或者它们的合金。
在N极区域101与P极区域103之间设有电子-空穴复合区域102，电子与空穴的复合在该区域中发生。电子-空穴复合区域102可以是单异质结、双异质结、单量子阱或多量子阱的结构，但优选多量子阱的结构。
在P极区域103上设有一个或多个开口106，这些开口106于P极区域103上是敞开的，并穿过电子-空穴复合区域102而延伸到N极区域101。但开口106不贯穿(或者最好不贯穿)N极区域101而延伸到衬底100，因为这会使N极区域101被开口106分开而可能导致通电后N极区域101的电流密度分布不均匀，从而可能导致发光亮度不均匀。开口可以是适合于散热和/或出光的任何其它形状及尺寸。可以通过任何适当的方法来形成开口106，包括但不限于光刻法、等离子刻蚀、化学刻蚀、机械刻蚀等等。
所述开口106不限于本实施例中所示的形状，而可以是便于散热和/或出光的任何形状和构造，例如其剖面形状为三角形开口(如图4所示)、一个或多个阶梯形的开口(如图5所示)、弧形开口(如图6所示)、梯形开口(如图7所示)和矩形开口(如图8所示)等等，还可制作成点状、凹窝状、折线状、曲线状、螺旋状等等，这些开口可以延伸或者不延伸到大芯片的边缘，但这些开口最好延伸至贯穿电子-空穴复合区域的深度，以便于更大程度的散热和/或出光。
实施例二图2A是根据本实用新型的半导体芯片的另一实施例的立体透视图，并且图2B是根据本实用新型的大芯片结构的侧视图，其中大芯片结构包括N极区域201、电子-空穴复合区域202、P极区域203。在N极区域201上设有N电极204，在P极区域203设有P电极205。
该实施例的大芯片结构的设置与实施例一中的大芯片结构的设置类似。但此实施例与以上实施例一中的半导体芯片的结构不同点之一在于，此实施例中没有衬底，这样就便于大芯片更好地散热和/或出光。可通过任何适当的方式来除去衬底，包括化学减薄、机械研磨减薄等等。
实施例三图3A和图3B是根据本实用新型的半导体芯片的另一实施例的立体透视图和侧视图，图中示意性地显示了大芯片的整个结构，并且显示了异面电极和开口。其中，大芯片结构包括N极区域301、电子-空穴复合区域302、P极区域303。在N极区域301上设有N电极304，在P极区域303设有P电极305。同样地，在该结构上没有设置衬底。
该实施例的大芯片结构的设置与实施例二中的大芯片结构的设置相类似。但是，此大芯片结构的电极设置为异面电极，即N电极和P电极设置在相反的两面上。
另外，由于此大芯片结构的特殊性，或者出于工艺实现的便利性，可以将N电极304和/或P电极305设置成其它合适的形状，例如将整个N极区域301设置成N电极304，或者将整个P极区域303设置成P电极305。
P极区域303的一个或多个开口306可开口于P极区域303，并穿过电子-空穴复合区域302而延伸到N极区域301。或者，也可将这些开口306设置成开口于N极区域301，并从N极区域301穿过电子-空穴复合区域302而延伸到P极区域303。
通过以上介绍对本实用新型进行了一个比较全面的介绍。但应该注意的是，虽然本实用新型适于用作发光二极管(LED)的芯片，但本实用新型不限于在LED领域的应用，而是可以用作IC上的大功率芯片、激光二极管(LD)、紫外探测器、各种其它晶体管器件等。
因此应理解，本实用新型除了以上进行特定介绍的这些实施例之外，也可以有其它的实施应用。因此，本实用新型所介绍的实施例应被视为说明性的和非限制性的，在不脱离本文所公开的本实用新型范围的前提下，根据本实用新型的大芯片也可采用其它的设置、构造和应用。本实用新型的范围只由所附权利要求来限定。
权利要求1.一种可制备大功率发光二极管的半导体芯片，包括n极区域、p极区域，以及n极区域与p极区域之间的电子-空穴复合区域，其特征在于，还包括多条开在n极区域与p极区域之间且贯穿或部分地深入到电子-空穴区域的用于散热和出光的开口。
2.根据权利要求1所述可制备大功率发光二极管的半导体芯片，其特征在于，还包括衬底(100)，所述n极区域(101)、p极区域(103)在所述衬底(100)的同一侧，其中，n极区域(101)较靠近衬底(100)，p极区域(103)较远离衬底(100)，在所述N极区域(101)上设有N电极(104)，在所述P极区域(103)上设有P电极(105)，所述开口是开通于n极区域(101)并穿过或部分地深入到电子-空穴区域(102)而延伸到p极区域(103)或开通于p极区域(103)并穿过或部分地深入到电子-空穴区域(102)而延伸到n极区域(101)的开口(106)。
3.根据权利要求2所述可制备大功率发光二极管的半导体芯片，其特征在于，所述衬底(100)采用氮化镓单晶、单晶硅、蓝宝石(α-Al2O3)单晶、二氧化硅单晶、碳化硅(SiC)单晶中的一种，所述n电极(104)在所述衬底(100)n极区域(101)的一个角上，且从该角朝着与其相邻的一个边缘延伸，所述p电极(105)在p极区域(103)上与所述n电极(104)相对的一个角上，并且从该角朝着与其相邻的一个边缘延伸。
4.根据权利要求2所述可制备大功率发光二极管的半导体芯片，其特征在于，所述衬底(100)采用蓝宝石单晶，所述N电极(104)和所述P电极(105)的制作材料是金、镍、银、铜或其合金，所述电子-空穴复合区域(102)是单异质结、双异质结、单量子阱或多量子阱的结构。
5.根据权利要求1所述可制备大功率发光二极管的半导体芯片，其特征在于，所述电子-空穴复合区域(202)设在n极区域(201)、p极区域(203)之间，在N极区域(201)上设有N电极(204)，在P极区域(203)上设有P电极(205)。
6.根据权利要求5所述可制备大功率发光二极管的半导体芯片，其特征在于，所述N电极(204)设在整个N极区域(201)上。
7.根据权利要求5所述可制备大功率发光二极管的半导体芯片，其特征在于，所述P电极(205)设在整个P极区域(203)上。
8.根据权利要求6或7所述可制备大功率发光二极管的半导体芯片，其特征在于，所述N电极(204)处于所述N极区域(201)的一个角上，并从该角朝着与其相邻的一个边缘延伸，所述P电极(205)处于P极区域(203)上与所述N电极(204)相对的一个角上，并从该角朝着与其相邻的一个边缘延伸。
9.根据权利要求8所述可制备大功率发光二极管的半导体芯片，其特征在于，所述N电极(104)和所述P电极(105)的制作材料是金、镍、银、铜或其合金，所述电子-空穴复合区域(102)是单异质结、双异质结、单量子阱或多量子阱的结构。
10.根据权利要求2或6所述可制备大功率发光二极管的半导体芯片，其特征在于，所述开口为三角形开口、阶梯形开口、弧形开口、梯形、矩形的开口，以点状、凹窝状、折线状、曲线状、螺旋状分布并延伸到芯片边沿，延伸到贯穿电子-空穴复合区域的深度。
专利摘要一种可制备大功率发光二极管的半导体芯片，包括n极区域、p极区域，以及n极区域与p极区域之间的电子－空穴复合区域，其特征在于，还包括多条开在n极区域与p极区域之间且贯穿或部分地深入到电子－空穴区域的用于散热和出光的开口。这种半导体芯片可用于大功率发光二极管芯片和其它半导体器件的制备，即不限于在LED领域的应用，还可用作IC上的大功率芯片、激光二极管(LD)、紫外探测器、各种其它晶体管器件等。由于开口的设置，有效克服了由于芯片尺寸大带来的发热大、出光率低并且散热效果不佳的问题，从而使生产出的半导体器件(例如LED)的性能更加稳定，发光亮度更高。
文档编号H01L33/00GK2674652SQ0324754
公开日2005年1月26日 申请日期2003年6月16日 优先权日2003年6月16日
发明者于国安, 严志军 申请人:方大集团股份有限公司