专利名称：一种具有特殊结构的四元红黄发光二极管芯片的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及半导体芯片制造技术，特别涉及一种具有特殊结构的四元红黄发光二极管(LED)芯片。
背景技术：
四元系InGaAlP发光二极管由于其发光效率高，颜色范围广，使用寿命长而受到半导体照明界的广泛重视，已被大量应用于大屏显示、交通信号灯、景观照明、汽车状态显示等各个领域。图1为普通四元红黄LED的外延片，其衬底1采用GaAs材料，并利用MOCVD方法在衬底1上生长InGaAlP外延层2作为发光区，该外延层被制成pn结，因此正向通电时即产生红黄光。外延层2上覆盖有一层大约10微米厚的GaP窗口层3。由于GaAs材料的能隙较小，来自发光区的大部分红黄光光子将会被衬底1吸收，从而严重影响芯片的出光效率，这对于提高光强是一个很大的障碍。
为了解决这个问题，许多大公司提出了一种通过在外延材料表面蒸镀金属膜来增加芯片出光效率的新工艺，由于金属膜具有较好的反射性，可以将发光区发射的光线反射出去，因此这种新工艺的确能够提高芯片的出光效率。但是由于工艺的复杂性，以及P/N面电极必须做在同一面上的要求，使得芯片的成品率不高，可靠性也大打折扣。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种四元红黄发光二极管(LED)芯片，其在保持GaAs/InGaAlP多层结构不变的前提下明显提高了LED芯片的出光效率。
本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现一种四元红黄发光二极管芯片，包含GaAs衬底、覆盖在所述GaAs衬底上的InGaAlP外延层和覆盖在所述InGaAlP外延层上的窗口层，所述InGaAlP外延层内形成有pn结，其中，所述GaAs衬底包含至少一个镂空区域。
在上述四元红黄发光二极管芯片中，所述InGaAlP外延层位于所述镂空区域的区域覆盖有窗口层。
在上述四元红黄发光二极管芯片中，所述InGaAlP外延层位于所述镂空区域的区域蒸镀有金属膜。
在上述四元红黄发光二极管芯片中，所述GaAs衬底的镂空区域为四个均匀分布的空心圆柱体。
在上述四元红黄发光二极管芯片中，所述窗口层的厚度为10微米厚的GaP层。
上述四元红黄发光二极管芯片仍然保持了原先的外延层结构，因此不存在芯片受损等因素，而且由于未完全去除GaAs衬底，所以外延片的强度增加，有利于防止生产过程中出现碎片现象。此外，背面GaAs有一部分被去除，所以背面也会出光或反射光线，从而提高了出光效率。
图1为普通四元红黄发光二极管芯片的剖面示意图。
图2为按照本实用新型较佳实施例的发光二极管芯片剖面示意图。
图3为图2所示发光二极管芯片的背平面示意图。
具体实施方式
以下借助附图描述本实用新型的较佳实施例。
如图2所示，本实用新型的四元红黄发光二极管芯片包含衬底1(图中阴影标识的部分)、覆盖在衬底1上的发光区2和覆盖在发光层上的窗口层，其中，衬底1采用GaAs材料，发光层为利用外延方法在衬底1上生长的InGaAlP外延层，该外延层被制成pn结，因此正向通电时即产生四元红黄光。发光区2上覆盖有一层窗口层，一般为大约10微米厚的GaP层。与图1所示芯片不同的是，本实用新型的GaAs衬底1不再是一块完全覆盖住InGaAlP外延层的片状材料，其具有一定的图案结构，具体而言，衬底1包含有镂空区域。从GaAs衬底1的背面看，镂空区域为如图3所示的四个圆形并且均匀分布在衬底平面，因此镂空区域实际上为贯通衬底1的四个圆柱体1a～1d，图2示出了其中的两个圆柱体1a和1b。
发光区2发出的光线一方面经窗口层3出射，另一方面还可通过面对圆形1a～1d的区域出射，因此提高了出光效率。比较好的是，在发光区2位于圆柱体1a～1d的区域覆盖窗口层。当然，也可以在该位置上蒸镀一层金属膜代替窗口层，此时原本透过面对圆形1a～1d区域出射的光线将被金属膜反射并透过窗口层3出射，因此也提高了出光效率。
虽然镂空区域的数量、形状和位置可以有多种选择，但是这些变化都未偏离通过镂空衬底来提高芯片出光效率的原理，因此图2和3所示镂空区域为圆柱体的具体实例不应构成对本实用新型保护范围的限定。
以下描述图2和图3所示发光二极管芯片的制造工艺。
首先制作出具有如图1所示结构的芯片或外延片，并且完成正面电极工艺。随后，将GaAs衬底减薄到一定厚度，并且在GaAs衬底1未覆盖外延层InGaAlP的背面刻出如图3所示的圆形图案，圆内区域为要去除GaAs材料的部分。接着，用腐蚀液腐蚀掉圆孔内的GaAs材料，从而制作出如图2所示的结构。
权利要求1.一种四元红黄发光二极管芯片，包含GaAs衬底、覆盖在所述GaAs衬底上的InGaAlP外延层和覆盖在所述InGaAlP外延层上的窗口层，所述InGaAlP外延层内形成有pn结，其特征在于，所述GaAs衬底包含至少一个镂空区域。
2.如权利要求1所述的四元红黄发光二极管芯片，其特征在于，所述InGaAlP外延层位于所述镂空区域的区域覆盖有窗口层。
3.如权利要求1所述的四元红黄发光二极管芯片，其特征在于，所述InGaAlP外延层位于所述镂空区域的区域蒸镀有金属膜。
4.如权利要求1～3中任意一项所述的四元红黄发光二极管芯片，其特征在于，所述GaAs衬底的镂空区域为若干均匀分布的空心圆柱体。
5.如权利要求4所述的四元红黄发光二极管芯片，其特征在于，所述窗口层的厚度为10微米厚的GaP层。
专利摘要一种四元红黄发光二极管(LED)芯片，包含GaAs衬底、覆盖在所述GaAs衬底上的InGaAlP外延层和覆盖在所述InGaAlP外延层上的窗口层，所述InGaAlP外延层内形成有pn结，其中，所述GaAs衬底包含至少一个镂空区域。上述四元红黄发光二极管芯片仍然保持了原先的外延层结构，因此不存在芯片受损等因素，而且由于未完全去除GaAs衬底，所以外延片的强度增加，有利于防止生产过程中出现碎片现象。此外，背面GaAs有一部分被去除，所以背面也会出光或反射光线，从而提高了出光效率。
文档编号H01L33/00GK2749055SQ20042011085
公开日2005年12月28日 申请日期2004年12月8日 优先权日2004年12月8日
发明者顾海军, 谢雪茹, 唐国庆, 俞振中 申请人:上海金桥大晨光电科技有限公司