專利名稱：：氮化鎵基發(fā)光二極管芯片及其制作方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于半導體
技術領域：
，特別涉及一種氮化鎵基發(fā)光二極管芯片及其制作方法。
背景技術：
：氮化鎵基發(fā)光二極管芯片一般在制作與使用過程中會面臨下面的問題氮化鎵基發(fā)光二極管芯片的光取出效率低，而影響光取出效率主要有兩個方面的原因一種是由于反射材料對光的吸收；另一種是光在穿過不同介質時產生全反射。為解決反射材料對光的吸收這一問題，常規(guī)的方法是，如圖l所示，通過光刻、蝕刻、剝離、蒸鍍、合金等一系列常規(guī)的半導體微加工技術將氣化鎵基外延片制作成1000pmxlOOOiam的藍光大功率氮化鎵基發(fā)光二極管芯片，并將氮化鎵基發(fā)光二極管芯片的藍寶石襯底1減薄至80100pm,然后在其襯底底面蒸鍍金屬反射膜8。該常規(guī)方法制作的芯片的結構包括藍寶石襯底1、N型GaN層2、有源層3、P型GaN層4、透明導電層5、P電極6、N電極7以及金屬反射膜8，該金屬反射膜8—般由金屬銀或金屬鋁制成，用日立公司生產的型號為HITACHIU-4001的光譜儀測試該反射膜的反射率，其反射率只有73%左右(如圖7所示)，仍然不能很好地解決光被反射材料吸收這一問題，因而其光取出效率比較低，最終導致氮化鎵基發(fā)光二極管的外部發(fā)光效率也較低，如圖IO所示，曲線1為常規(guī)方法制作的lOOO^mx1000pm的藍光大功率的氮化鎵基發(fā)光二極管的Iv-I曲線，在注入正常工作電流I為0.35A時，其發(fā)光強度Iv僅約為750mcd。
發(fā)明內容有鑒于此，為了解決現(xiàn)有技術中存在的光被反射材料吸收而導致氮化鎵基發(fā)光二極管的外部發(fā)光效率低的問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種氮化鎵基發(fā)光二極管芯片及其制作方法，以提高氮化鎵基發(fā)光二極管芯片的光取出效率，最終提高氮化鎵基發(fā)光二極管的外部發(fā)光效率。為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的該氮化鎵基發(fā)光二極管芯片，包括襯底，該襯底的厚度為60130pm，襯底的底面設有反射膜，該反射膜包括電介質反射膜和金屬反射膜，該電介質反射膜設在所述襯底的底面，該金屬反射膜設在電介質反射膜的底面。其中，該電介質反射膜為全方向反射鏡或分布式布拉格反射鏡，金屬反射膜為鋁。全方向反射鏡、分布式布拉格反射鏡都為在襯底底面依次交替設置的二氧化鈦/二氧化硅的組合。全方向反射鏡中二氧化鈦、二氧化硅的層數(shù)都為3層，且二氧化鈦、二氧化硅的厚度都為40~60埃；分布式布拉格反射鏡中二氧化鈦的層數(shù)為4層，二氧化硅的層數(shù)為3層。襯底的厚度可為80~105|am，鋁的厚度可為10005000埃。此外，反射膜的底面設有散熱層，該散熱層為銅或金錫合金，且其厚度為腦0030000埃。另外，襯底和反射膜的周圍以及金屬反射膜的底面也可設有散熱層，該散熱層為銅，且其厚度為100~200pm。制作上述氮化鎵基發(fā)光二極管芯片的方法，包括下述步驟(a)將氮化鎵基外延片制作成氮化鎵基發(fā)光二極管芯片，并將該芯片的襯底減薄至厚度為60~130nm;(b)在上述襯底的底面設置電介質反射膜，在電介質反射膜的底面設置金屬反射膜。其中，電介質反射膜以蒸鍍的方式設置在襯底的底面，金屬反射膜以蒸鍍的方式設置在電介質反射膜的底面。上述方法還可包括下述步驟(c)在上述反射膜的底面蒸鍍散熱層。上述方法也可包括下述步驟(c)在上述襯底和反射膜的周圍以及反射膜的底面電鍍散熱層。公知的，一維光子晶體是由兩種折射系數(shù)不同的材料交替排列組成，光子晶體的最根本特征是具有光子能隙，頻率落在能隙范圍內的光不能透過該光子晶體。基于光子晶體這一特征，本發(fā)明在襯底的底面蒸鍍具有全方向反射鏡的反射膜或者具有分布式布拉格反射鏡的反射膜，具有全方向反射鏡結構的反射膜可以使可見光范圍內的大部分的光均有較高的反射率，而具有分布式布拉格反射鏡結構的反射膜可以使特定波長范圍內的光具有高的反射率。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所述的氮化鎵基發(fā)光二極管芯片，由于釆用了電介質反射膜與金屬反射膜的組合，可更好地降低反射材料對光的吸收，因而使光經(jīng)過反射膜的反射后可以更多地從氮化鎵基發(fā)光二極管芯片的表面取出，從而提高了芯片的光取出效率，也即提升了發(fā)光二極管的外部發(fā)光效率。另外，本發(fā)明制作的具有高散熱系數(shù)的散熱層不僅可以有效地將發(fā)光二極管產生的熱能導出，使其PN結的結溫不至于過高，提升了發(fā)光二極管的穩(wěn)定性，而且同時熱能的有效導出還可以提升其內部量子效率的轉換，從而進一步提升了其外部發(fā)光效率。圖1為常規(guī)方法制作的具有金屬反射膜的發(fā)光二極管芯片的結構示意圖2為本發(fā)明氮化鎵基發(fā)光二極管芯片的制作流程圖3為本發(fā)明氮化鎵基發(fā)光二極管芯片的結構示意圖4為本發(fā)明氮化鎵基發(fā)光二極管芯片的結構示意圖5為本發(fā)明氮化鎵基發(fā)光二極管芯片的結構示意圖6為本發(fā)明氮化鎵基發(fā)光二極管芯片的結構示意圖7為常規(guī)方法制作的金屬反射膜的反射率曲線圖；圖8為本發(fā)明制作的芯片的具有全方向反射鏡的反射膜的反射率曲線圖；圖9為本發(fā)明制作的芯片的具有分布式布拉格反射鏡的反射膜的反射率曲線圖10為本發(fā)明制作的氮化鎵基發(fā)光二極管與常規(guī)方法制作的氮化鎵基發(fā)光二極管的Iv-I曲線對比圖。具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作詳細的說明。本發(fā)明所述的氮化鎵基發(fā)光二極管芯片，包括襯底，襯底的底面蒸鍍有反射膜，該反射膜包括電介質反射膜、金屬反射膜。電介質反射膜為全方向反射鏡或分布式布拉格反射鏡。金屬反射膜為A120(如圖3所示)。全方向反射鏡的結構順序由上到下依次為二氧化鈦18/二氧化硅19/二氧化鈥18/二氧化硅19/二氧化鈦18/二氧化硅19(如圖3所示)，且二氧化鈦18、二氧化硅19的厚度分別為40~60埃；分布式布拉格反射鏡的結構順序由上到下依次為二氧化鈦18/二氧化硅19/二氧化鈦18/二氧化硅19/二氧化鈦18/二氧化硅19/二氧化鈦18(如圖4所示)。請參照圖2，上述產品的制作方法，包括下述步驟(1)利用光刻、蝕刻、剝離、蒸鍍、合金等一系列常規(guī)的半導體微加工技術將氮化鎵基發(fā)光二極管外延片制成lOOO(amx1000pm的藍光大功率氮化鎵基發(fā)光二極管芯片，其結構包括藍寶石襯底11、N型GaN層12、有源層13、P型GaN層14、透明導電層15、P電極16和N電極17;(2)利用研磨、拋光工藝技術將藍寶石襯底11減薄至60130pm,清洗芯片的表面將雜質去除，并采用高溫烘烤的方式對芯片進行干燥；(3)使用電子束蒸鍍機以0.5A/s的鍍率在藍寶石襯底11的底面依次蒸鍍Ti0218/Si0219/Ti0218/Si0219/Ti0218/Si0219,形成全方向反射鏡，每層Ti0218、Si0219的膜厚均為4060埃，再以3A/s的鍍率在最底層的Si0219的底面蒸鍍10005000埃的金屬A120,形成由全方向反射鏡與A120組成的反射膜；用曰立公司生產的型號為HITACHIU-4001的光譜儀測試該反射膜的反射率，其結果如圖8所示，具有全方向反射鏡的反射膜可以使可見光范圍內的大部分的光均有較好的反射率，反射率均在97%左右；或者，(3)使用電子束蒸鍍機以lA/s的鍍率在藍寶石襯底11的底面依次蒸鍍Ti0218/Si0219/Ti0218/Si0219/Ti0218/Si0219/Ti0218,形成分布式布拉格反射鏡。由于該芯片為藍光氮化鎵基發(fā)光二極管芯片，因此每層Ti02l8的厚度為460埃，Si0219的厚度為783埃，再以3A/s的鍍率在最底層的Si0219的底面蒸鍍1000~5000埃的金屬A120，形成由分布式布拉格反射鏡與A120組成的反射膜；用日立公司生產的型號為HITACHIU-4001的光譜儀測試該反射膜的反射率，其結果如圖9所示，具有分布式布拉格反射鏡的反射膜可以使特定波長范圍(如440540nm)的光具有高的反射率，反射率高達99%。另外，該芯片還可在反射膜的底面蒸鍍有散熱層。其制作步驟為以10A/s的鍍率在具有全方向反射鏡或者分布式布拉格反射鏡的反射膜底面蒸鍍散熱層21,該散熱層21由散熱性能良好的銅或金錫合金制成，其膜厚為10000~30000埃。具有全方向反射鏡以及該散熱層21的芯片的結構如圖3所示，而具有分布式布拉格反射鏡以及該散熱層21的芯片的結構如圖4所示。又或者，該芯片還可在襯底和反射膜的周圍以及反射膜的底面電鍍有散熱層。其制作步驟為在藍寶石襯底ll和反射膜的周圍以及反射膜的底部電鍍散熱層22，該散熱層22由銅制成，其膜厚為100200^im。具有全方向反射鏡以及該散熱層22的芯片的結構如圖5所示，而具有分布式布拉格反射鏡以及該散熱層22的芯片的結構如圖6所示。本發(fā)明制作的散熱層21或散熱層22可以提高發(fā)光二極管的散熱性能，有效降低芯片的工作溫度，增加其穩(wěn)定性，進而提升其芯片內部量子轉換效率。表1列出了具有全方向反射鏡和散熱層21且尺寸為lOOO(imx1000|im的藍光大功率氮化鎵基發(fā)光二極管芯片裸晶測試數(shù)據(jù)，即在注入正常工作電流0.35A時的發(fā)光強度。表2列出了具有全方向反射鏡和散熱層22且尺寸為lOOOpmx1000jim的藍光大功率氮化鎵基發(fā)光二極管芯片裸晶測試數(shù)據(jù)，即在注入正常工作電流0.35A時的發(fā)光強度。<table>complextableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表1<table>complextableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表2如表1、表2所示，具有全方向反射鏡的發(fā)光二極管芯片的發(fā)光強度平均為961.8mcd,比常規(guī)方法制作的發(fā)光二極管芯片的發(fā)光強度提升了約28.2%;其中，當A120的厚度為15003000埃，散熱層21的厚度為1500025000埃，或者散熱層22的厚度為140180pm時，芯片的發(fā)光強度比較高。表3列出了具有分布式布拉格反射鏡和散熱層21且尺寸為lOOOpmx1000(im的藍光大功率氮化鎵基發(fā)光二極管芯片裸晶測試數(shù)據(jù)，即在注入正常工作電流0.35A時的發(fā)光強度。表4列出了具有分布式布拉格反射鏡和散熱層22且尺寸為lOOO(amxlOOOpm的藍光大功率氮化鎵基發(fā)光二極管芯片裸晶測試數(shù)據(jù)，即在注入正常工作電流0.35A時的發(fā)光強度。<table>complextableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表3<table>complextableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表4如表3、表4所示，具有分布式布拉格反射鏡的發(fā)光二極管芯片的發(fā)光強度平均為1028.7mcd,比常規(guī)方法制作的發(fā)光二極管芯片的發(fā)光強度提升了約37.2%;其中，當A120的厚度為15003000埃，散熱層21的厚度為15000~25000埃，或者散熱層22的厚度為14(K180^im時，芯片的發(fā)光強度比較高。圖10為本發(fā)明制作的氮化鎵基發(fā)光二極管與常規(guī)方法制作的氮化鎵基發(fā)光二極管的Iv-I曲線對比圖。曲線1為常規(guī)方法制作的lOOO(imx1000pm的藍光大功率的氮化鎵基發(fā)光二極管的Iv-I曲線，在注入正常工作電流I為0.35A時，其發(fā)光強度Iv僅約750mcd，且當注入電流I增加到0.75A時，Iv就開始衰減。說明其穩(wěn)定性較差。曲線2、3、4、5分別為芯片編號為2、7、14、19的發(fā)光二極管的Iv-I曲線，如圖10所示，在注入正常工作電流I為0.35A時，其發(fā)光強度Iv分別為950mcd,975mcd,1030mcd,1100mcd。而且，各發(fā)光強度Iv均隨著注入電流I的增大而增大，當注入電流I增大到1A時，Iv都沒有出現(xiàn)衰減，上述結果說明具有散熱層的發(fā)光二極管散熱性能好，穩(wěn)定性較高，進而發(fā)光二極管的外部發(fā)光效率也較高。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。權利要求1、一種氮化鎵基發(fā)光二極管芯片，包括襯底，所述襯底的厚度為60～130μm，所述襯底的底面設有反射膜，其特征在于，所述反射膜包括電介質反射膜和金屬反射膜，該電介質反射膜設在所述襯底的底面，該金屬反射膜設在電介質反射膜的底面。2、根據(jù)權利要求l所述的氮化鎵基發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述電介質反射膜為全方向反射鏡或分布式布拉格反射鏡。3、根據(jù)權利要求2所述的氮化鎵基發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述全方向反射鏡、分布式布拉格反射鏡都為在襯底底面依次交替設置的二氧化鈦/二氧化硅的組合。4、根據(jù)權利要求3所述的氮化鎵基發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述全方向反射鏡中二氧化鈦、二氧化硅的層數(shù)都為3層，且二氧化鈦、二氧化硅的厚度都為4060埃；所述分布式布拉格反射鏡中二氧化鈦的層數(shù)為4層，二氧化硅的層數(shù)為3層。5、根據(jù)權利要求4所述的氮化鎵基發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述金屬反射膜為鋁。6、根據(jù)權利要求5所述的氮化鎵基發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述襯底的厚度為80105|im，所述鋁的厚度為10005000埃。7、根據(jù)權利要求l、2、3、4、5或6所述的氮化鎵基發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述金屬反射膜的底面設有散熱層。8、根據(jù)權利要求7所述的氮化鎵基發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述散熱層為銅或金錫合金，且其厚度為1000030000埃。9、根據(jù)權利要求1、2、3、4、5或6所述的氮化鎵基發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述襯底和反射膜的周圍以及金屬反射膜的底面設有散熱層。10、根據(jù)權利要求9所述的氮化鎵基發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述散熱層為銅，且其厚度為100200jim。11、一種制作權利要求1所述的氮化鎵基發(fā)光二極管芯片的方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟(a)將氮化鎵基外延片制作成氮化鎵基發(fā)光二極管芯片，并將該芯片的襯底減薄至厚度為60~130pm;(b)在上述襯底的底面設置電介質反射膜，在電介質反射膜的底面設置金屬反射膜。12、根據(jù)權利要求ll所述的制作氮化鎵基發(fā)光二極管芯片的方法，其特征在于，所述電介質反射膜以蒸鍍的方式設置在襯底的底面，所述金屬反射膜以蒸鍍的方式設置在電介質反射膜的底面。13、根據(jù)權利要求12所述的制作氮化鎵基發(fā)光二極管芯片的方法，其特征在于，所述電介質反射膜為全方向反射鏡或分布式布拉格反射鏡。14、根據(jù)權利要求13所述的制作氮化鎵基發(fā)光二極管芯片的方法，其特征在于，所述全方向反射鏡、分布式布拉格反射鏡都為在襯底底面依次交替蒸鍍的二氧化鈦/二氧化硅的組合。15、根據(jù)權利要求14所述的制作氣化鎵基發(fā)光二極管芯片的方法，其特征在于，所述全方向反射鏡中二氧化鈦、二氧化硅的層數(shù)都為3層；所述分布式布拉格反射鏡中二氧化鈦的層數(shù)為4層，二氧化硅的層數(shù)為3層。16、根據(jù)權利要求ll、12、13、14或15所述的制作氮化鎵基發(fā)光二極管芯片的方法，其特征在于，還包括下述步驟(c)在上述金屬反射膜的底面蒸鍍散熱層。17、根據(jù)權利要求ll、12、13、14或15所述的制作氮化鎵基發(fā)光二極管芯片的方法，其特征在于，還包括下述步驟(c)在上述襯底和反射膜的周圍以及金屬反射膜的底面電鍍散熱層。全文摘要本發(fā)明提供一種氮化鎵基發(fā)光二極管芯片，該芯片包括襯底，在襯底的底面蒸鍍有反射膜，該反射膜包括電介質反射膜和金屬反射膜，電介質反射膜蒸鍍在襯底和金屬反射膜之間；本發(fā)明還提供該氮化鎵基發(fā)光二極管芯片的制作方法，包括將芯片的襯底減薄，再在該襯底的底面蒸鍍上述反射膜，提高氮化鎵基發(fā)光二極管芯片的光取出效率；該制作方法還可包括以下步驟在上述反射膜的底面蒸鍍散熱層，或者在襯底和反射膜的周圍以及反射膜的底面電鍍散熱層，以提高該發(fā)光二極管的穩(wěn)定性，最終提高其外部發(fā)光效率。文檔編號H01L33/00GK101197417SQ200810055710公開日2008年6月11日申請日期2008年1月7日優(yōu)先權日2008年1月7日發(fā)明者王孟源,陳國聰申請人:普光科技(廣州)有限公司