专利名称：：氮化镓基发光二极管芯片及其制作方法
技术领域：
：本发明属于半导体
技术领域：
，特别涉及一种氮化镓基发光二极管芯片及其制作方法。
背景技术：
：氮化镓(GaN)基发光二极管(LED)具有体积小、耐冲击性好、可靠度高、响应速度快、节能、绿色环保等优良特性，因而其应用将越来越广泛。但是，目前氮化镓基发光二极管的发光效率还比较低，因此在当前其应用还受到一定限制。图1为氮化镓基发光二极管外延片的结构示意图。如图l所示，该外延片的结构从下往上依次为蓝宝石衬底l、N型氮化镓2、有源区3、及P型氮化镓4。由于蓝宝石衬底l是绝缘材料，因此无法将P电极和N电极制作在蓝宝石衬底1的上下两面，只能在同一面制作P电极和N电极。如图2、3所示，在P型氮化镓4上设置透明导电层5，在透明导电层5上制作P电极6。而为了制作N电极，现有技术是从P型氮化镓4的部分表面区域往下干蚀刻，以露出N型氮化镓2，然后在该露出的N型氮化镓2表面上制作N电极7。在蚀刻出需制作N电极7的区域时，同时也从P型氮化镓4的边缘往下干蚀刻，以形成切割道，如图3所示，该切割道形成在该露出的N型氮化镓2的边缘，用于在后期将已完成芯片制作的外延片分割成多个独立的芯片。在形成该切割道时,外延片边缘的有源区(即PN结)由于被蚀刻而损失，因而得不到有效的利用，从而降低了发光二极管芯片的发光效率。
发明内容有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种氮化镓基发光二极管芯片及其4制作方法，以保留更多的PN结区域，从而提高发光二极管芯片的发光效率。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的一种氮化镓基发光二极管芯片，从下往上依次包括蓝宝石衬底、N型氮化镓、有源区、p型氮化镓、透明导电层，形成在透明导电层上的p电极，及形成在N型氮化镓外露的表面上的N电极，其中，P型氣化镓的边缘区域未被透明导电层覆盖，该未被透明导电层覆盖的边缘区域为切割道。一种氮化镓基发光二极管芯片的制作方法，依次包括以下步骤a)提供氮化镓基发光二极管外延片，外延片的结构从下往上依次为蓝宝石衬底、N型氮化镓、有源区、及P型氮化镓，在所述外延片的P型氮化镓的表面定位出需蚀刻的区域，并且也规划出多个一体未分离的预制作芯片的晶粒；b)从每个晶粒的P型氮化镓表面往下蚀刻步骤a)中所述的需蚀刻的区域，直至露出N型氮化镓；c)在每个晶粒未被蚀刻的P型氮化镓的表面制作透明导电层，该透明导电层的表面积比P型氮化镓的表面积小，以露出P型氮化镓的边缘区域作为切割道；d)在每个晶粒的透明导电层上制作P电极，并在每个晶粒的露出的N型氮化镓上制作N电极，以形成发光二极管芯片；e)以未分离的芯片间的P型氮化镓的边缘区域为切割道将外延片切割成多个芯片，每个芯片包含有一对P电极和N电极。较佳地，在步骤a)之前，对所述氮化镓基发光二极管外延片进行表面处理，使外延片表面洁净以提高外延片表面的附着力，并降低表面的电阻。步骤a)中，定位出需蚀刻的区域的具体操作为在P型氮化镓的表面生长保护掩膜层，在该保护掩膜层的表面涂布光刻胶，接着对光刻胶进行曝光，然后显影去除被曝光部分的光刻胶，从而露出其下方的保护掩膜，而裸露的保护掩膜即为晶粒需蚀刻的区域，最后湿蚀刻去除每个晶粒上裸露的保护掩膜。较佳地，步骤d)中，P电极形成在透明导电层的边缘，可以使电流更好地扩散。较佳地，步骤d)中，N电极制作在露出的N型氮化镓的中心区域。若N电极制作在露出的N型氮化镓的靠内侧，则由于间距过小，后续在N电极上进行焊线封装时由于打线偏移可能使N电极周围的PN结导通而造成漏电的隐患，若N电极制作在露出的N型氮化镓的靠外侧，则切割崩裂外延片时容易损伤N电极，进而影响其电性。优选地，N电极每一侧边与其相邻的N型氮化镓的侧边之间的距离为8~30pm，若两者之间的距离过小，则N电极周围的PN结在后续焊线封装过程中发生漏电的可能性增大；若两者之间的距离过大，就意味着蚀刻了较多的有源区3，也就意味着损失了较多的光源，因而造成光源的浪费。由以上技术方案可以看出，本发明不蚀刻晶粒的整个边缘区域以露出N型氮化镓的边缘作为切割道，而仅以露出的P型氮化镓的边缘作为切割道，且仅蚀刻掉需制作N电极的N型氮化镓的区域，因此在相同的芯片尺寸下，保留了更多的有源区(即PN结)，使电子和空穴有了更多的结合机会，从而提高发光二极管芯片的发光效率。图1为氮化镓基发光二极管外延片的结构示意图2为现有技术制作的氮化镓基发光二极管芯片的立体示意图3为现有技术制作的氮化镓基发光二极管芯片的俯视图4为本发明氮化镓基发光二极管芯片的制作流程图5为本发明外延片上单个晶粒光刻后露出保护掩膜的示意图6为本发明制作氮化镓基发光二极管芯片过程中形成的切割道的示意图7本发明制作的氮化镓基发光二极管芯片的立体示意图；图8为本发明制作的氮化镓基发光二极管芯片的俯视图；图9为本发明实施例三与现有技术分别制作的氮化镓基发光二极管芯片封装后的封装倍率比图。具体实施例方式为了更好地理解本发明的目的，下面通过实施例并结合相关附图进一步说明本发明的内容。实施例一参照图l、图4至图8，本发明的氮化镓基发光二极管芯片的制作方法，通过以下步骤来进行1)提供氮化镓基发光二极管外延片，如图l所示，该外延片的结构从下往上依次为蓝宝石衬底l、N型氮化镓2、有源区3、及P型氣化镓4。较佳地，首先对外延片进行表面处理将外延片依序浸泡于丙酮和异丙醇溶液中，同时辅以超声波振荡进行清洗，以去除外延片表面附着的有机物、油脂等污染物，最后以去离子水冲洗该外延片，并以氮气吹干附着于外延片表面的水分。表面处理是为了使外延片表面洁净以提高外延片表面的附着力，并降低表面的电阻。2)在P型氣化镓4的表面生长保护掩膜层11;然后利用微影制程定位出每个晶粒需蚀刻的区域，具体地说，在保护掩膜层11的表面涂布光刻胶12，接着对光刻胶12进行曝光，然后显影去除被曝光部分的光刻胶12,从而露出其下方的保护掩膜110，如图5所示，该裸露的保护掩膜110即为晶粒需蚀刻的区域，在定位出需刻蚀的区域的同时，也规划出了多个一体未分离的预制作芯片的晶粒。3)湿蚀刻去除每个晶粒上裸露的保护掩膜110，露出其下方的P型氮化镓4，然后去除未显影的光刻胶12。该裸露的P型氮化镓4区域即为需蚀刻的区域。4)从每个晶粒的P型氣化镓4表面往下蚀刻步骤3)中所述的需蚀刻的区域，直至露出N型氮化镓，然后去除P型氮化镓4表面剩余的保护掩膜层11，而该露出的N型氮化镓2区域即为制作N电极的区域。由于操作工艺不可能完全精确，因此在实际的干蚀刻操作过程中会蚀刻掉一部分的N型氮化镓2。5)在每个晶粒未被蚀刻的P型氮化镓4表面制作透明导电层5，由于与现有技术相比，本发明保留了更多的P型氮化镓4，因此本发明中制作的透明导电层5的面积也相应增大，因而在相同的芯片尺寸下能增加发光面积。该透明导电层5的形状与P型氮化镓4的形状相似，但其表面积比P型氮化镓4的表面积小，以露出P型氣化镓4的边缘区域作为切割道40,如图6所示。6)在每个晶粒的透明导电层5上制作P电极6,在每个晶粒的露出的N型氮化镓2上制作N电极7，至此完成了发光二极管芯片的制作。具体地说，可将P电极6制作在透明导电层5的边缘，可以使电流更好地扩散。此外，N电极7的形状与该露出的N型氮化镓2区域的形状相似，且N电极的表面积小于该露出的N型氮化镓2的表面积，由此可将N电极7制作在该露出的N型氣化镓2的中心区域，若N电极7制作在露出的N型氮化镓2的靠内侧，则由于间距过小，后续在N电极7上进行焊线封装时由于打线偏移可能使N电极7周围的PN结导通而造成漏电的隐患，若N电极7制作在露出的N型氮化镓2的靠外侧，则切割崩裂外延片时容易损伤N电极7，进而影响其电性。7)利用研磨、切割工艺，以未分离的芯片间的P型氮化镓的边缘区域为切割道40，将外延片切割成多个独立的芯片，每个芯片包含有一对P电极6和N电极7,如图7、图8所示。优选地，N电极7位于该露出的N型氮化镓2的中心区域后，N电极7的每一侧边与其相邻的N型氮化镓2的侧边之间的距离D为8~30|im，其主要原因是，若两者之间的距离过小，则N电极7周围的PN结在后续焊线封装过程中发生漏电的可能性增大；若两者之间的距离过大，就意味着蚀刻了较多的有源区3,也就意味着损失了较多的光源，因而造成光源的浪费。在本实施例中，距离D为8pm。实施例二在本实施例中，N电极7的每一恻边与其相邻的N型氮化镓2的侧边之间的距离D为30pm,其余操作与实施例一相同。实施例三在本实施例中，N电极7的每一侧边与其相邻的N型氮化镓2的侧边之间的距离D为15)im，其余操作与实施例一相同。如图7、8所示，由本发明上述方法制作的氮化镓基发光二极管芯片，从下往上依次包括蓝宝石衬底1、N型氮化镓2、有源区3、P型氮化镓4、透明导电层5,形成在透明导电层5上的P电极6，及形成在N型氮化镓2外露的表面上的N电极7，其中，P型氮化镓4的边缘区域未被透明导电层5覆盖，该区域作为切割道。其中，P电极6形成在透明导电层5的边缘，N电极7形成在露出的N型氮化镓2的中心区域。为了便于对比本发明所述的与现有技术所制作的氮化镓基发光二极管芯片的发光效率，将氮化镓基发光二极管外延片分成相同的两半，一半用本发明实施例三所述的方法制作，另一半用现有技术制作，均制作成相同尺寸的氮化镓基发光二极管芯片。表1为由实施例三制作的各氮化镓基发光二极管芯片裸晶测试的电性参数，表2为表1中各电性参数的平均值与现有技术制作的氮化镓基发光二极管芯片棵晶测试的电性参数平均值的对比。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表2由表1、表2的光强数据可知，本发明制作的氮化镓基发光二极管芯片的光强Iv比现有技术制作的氮化镓基发光二极管芯片的光强Iv约高6.42%。图9为本发明实施例三与现有技术分别制作的氮化镓基发光二极管芯片封装后的封装倍率对比图。封装倍率是指发光二极管芯片封装后测得的所有方向上的光强与棵晶测得的轴向光的光强的比率。选取不同光强等级的氮化镓基发光二极管芯片封装成氮化镓基发光二极管后，比较本发明与现有技术的氮化镓基发光二极管芯片的封装倍率，由图7可知，在240-250mcd、260-270mcd、270-280mcd、280-290mcd这四个光强等级上，本发明氮化镓基发光二极管芯片的封装倍率分别为9.09、8.74、8.84、8.75，而现有技术的氮化镓基发光二极管芯片的封装倍率分别为7.66、7.75、7.88、7.92,由以上数据的比较可知，本发明氣化镓基发光二极管芯片的封装倍率比现有技术提高了10%以上。以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。权利要求1、一种氮化镓基发光二极管芯片，从下往上依次包括蓝宝石衬底、N型氮化镓、有源区、P型氮化镓、透明导电层，形成在透明导电层上的P电极，及形成在N型氮化镓外露的表面上的N电极，其特征在于，所述P型氮化镓的边缘区域未被透明导电层覆盖，该未被透明导电层覆盖的边缘区域为切割道。2、根据权利要求l所述的氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于，所述P电极形成在所述透明导电层的边缘。3、根据权利要求1或2所述的氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于，所述N电极形成在所述露出的N型氮化镓的中心区域。4、根据权利要求3所述的氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于，所述N电极的每一侧边与其相邻的N型氮化镓的侧边之间的距离为8~30|im。5、一种氮化镓基发光二极管芯片的制作方法，其特征在于，该方法依次包括以下步骤a)提供氮化镓基发光二极管外延片，所述外延片的结构从下往上依次为蓝宝石衬底、N型氮化镓、有源区、及P型氣化镓，在所述外延片的P型氮化镓的表面定位出需蚀刻的区域，并且也规划出多个一体未分离的预制作芯片的晶粒；b)从每个晶粒的P型氮化镓表面往下蚀刻步骤a)中所述的需蚀刻的区域，直至露出N型氮化镓；c)在每个晶粒未被蚀刻的P型氮化镓的表面制作透明导电层，所述透明导电层的表面积比P型氮化镓的表面积小，以露出P型氮化镓的边缘区域作为切割道；d)在每个晶粒的所述透明导电层上制作P电极，并在每个晶粒的所述露出的N型氮化镓上制作N电极，以形成发光二极管芯片；e)以未分离的芯片间的P型氮化镓的边缘区域为切割道将外延片切割成多个芯片，每个芯片包含有一对P电极和N电极。6、根据权利要求5所述的氮化镓基发光二极管芯片的制作方法，其特征在于，在步骤a)之前，对所述氮化镓基发光二极管外延片进行表面处理。7、根据权利要求5所述的氮化镓基发光二极管芯片的制作方法，其特征在于，步骤a)中，定位出需蚀刻的区域的具体操作为在P型氣化镓的表面生长保护掩膜层，在所述保护掩膜层的表面涂布光刻胶，接着对所述光刻胶进行曝光，然后显影去除被曝光部分的光刻胶，从而露出其下方的保护掩膜，所述裸露的保护掩膜即为晶粒需蚀刻的区域，最后湿蚀刻去除每个晶粒上裸露的保护掩膜。8、根据权利要求5所述的氮化镓基发光二极管芯片的制作方法，其特征在于，步骤d)中，所述P电极形成在透明导电层的边缘。9、根据权利要求5至8中任一项所述的氮化镓基发光二极管芯片的制作方法，其特征在于，步骤d)中，所述N电极制作在所述露出的N型氮化镓的中心区域。10、根据权利要求9所述的氮化镓基发光二极管芯片的制作方法，其特征在于，所述N电极每一侧边与其相邻的N型氮化镓的侧边之间的距离为8~30,。全文摘要本发明公开一种氮化镓基发光二极管芯片，从下往上依次包括蓝宝石衬底、N型氮化镓、有源区、P型氮化镓、透明导电层，形成在透明导电层上的P电极，及形成在N型氮化镓外露的表面上的N电极，其中，所述P型氮化镓的边缘区域未被透明导电层覆盖，该未被透明导电层覆盖的边缘区域为切割道。本发明还公开一种氮化镓基发光二极管芯片的制作方法，包括以下步骤在外延片的P型氮化镓的表面定位出需蚀刻的区域；蚀刻该区域，直至露出N型氮化镓；在P型氮化镓的表面制作透明导电层，但露出P型氮化镓的边缘区域作为切割道；在透明导电层上制作P电极，并在露出的N型氮化镓上制作N电极，以形成发光二极管芯片；将外延片切割成多个芯片。文档编号H01L21/70GK101604715SQ200810111589公开日2009年12月16日申请日期2008年6月10日优先权日2008年6月10日发明者王孟源,陈国聪申请人:普光科技(广州)有限公司