專利名稱：可擴(kuò)展的超大尺寸發(fā)光二極管芯片及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及一種半導(dǎo)體器件及制造方法，特別涉及一種可擴(kuò)展的超大尺寸發(fā) 光二極管芯片及制造方法。
背景技術(shù)：
近幾年來，半導(dǎo)體照明逐漸被提上日程，許多國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)開始了一定范圍的 應(yīng)用和推廣，氮化鎵基發(fā)光二極管加上熒光粉混合產(chǎn)生白光的技術(shù)已經(jīng)成了當(dāng)前半導(dǎo)體照 明的主流趨勢(shì)。氮化鎵基發(fā)光二極管在過去幾年里，各方面都取得了很大的進(jìn)步。IW的 大功率發(fā)光二極管的光效不斷得到提升，商業(yè)化的IW大功率發(fā)光二極管模塊已經(jīng)超過了 1001m/ff的流明效率，實(shí)驗(yàn)室的最好水平甚至超過了 1401m/W，這使得大功率氮化鎵基發(fā)光 二極管被應(yīng)用在各種領(lǐng)域成為可能。在發(fā)光二極管的各種應(yīng)用中，人們一般是利用多顆大 功率發(fā)光二極管組合得到足夠的光通量，但這樣也會(huì)導(dǎo)致一些額外的問題，如封裝工藝繁 瑣、成本高、二次光學(xué)設(shè)計(jì)、可靠性和穩(wěn)定性等問題。而當(dāng)前產(chǎn)業(yè)界很少有更大功率的單芯 片供應(yīng)，主要是因?yàn)樾酒瑱M向尺寸進(jìn)一步增大后，芯片的取光效率會(huì)降低，并且電流注入也 更加困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)已有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種可擴(kuò)展的超大尺寸發(fā)光二 極管及制造方法。既解決了芯片尺寸增大時(shí)取光效率降低的問題，也保證了芯片尺寸增大 時(shí)依然可以得到良好的電流注入，同時(shí)制作工藝也較為簡(jiǎn)單。本發(fā)明是通過在超大尺寸的 芯片上設(shè)計(jì)一定形狀、寬度、深度和側(cè)壁傾角的溝槽來阻斷光在大芯片中的橫向傳輸，使光 通過更短的距離便能出射出芯片，以達(dá)到較高的取光效率，并且這樣的芯片尺寸可以擴(kuò)展， 而取光效率不會(huì)隨芯片尺寸增大而明顯地降低，此外，通過與設(shè)計(jì)的溝槽相配合，在芯片上 合理排布電極，使得芯片依然可以得到良好的電流注入。本發(fā)明包括襯底、緩沖層、摻雜層、有源層、電流擴(kuò)展層、電極、反射層，其特征在 于藍(lán)寶石或藍(lán)寶石圖形的襯底上經(jīng)外延生長(zhǎng)形成疊加的緩沖層、N型摻雜層、有源層、P型 摻雜層、電流擴(kuò)展層，通過刻蝕、沉積形成金屬P電極及金屬N電極、通過對(duì)芯片刻蝕在P電 極與N電極之間形成溝槽，溝槽的側(cè)壁上沉積有反射層，襯底背面鍍反射層。本發(fā)明的可擴(kuò) 展的超大尺寸發(fā)光二極管的制造方法，包括如下步驟1)在襯底上依次外延生長(zhǎng)氮化鎵緩沖層，N型摻雜氮化鎵，有源層和P型摻雜氮化 鎵；2)在P型摻雜氮化鎵層上沉積一層透明或半透明的電流擴(kuò)展層；3)通過刻蝕，在上述外延層上形成溝槽；4)通過刻蝕P型摻雜氮化鎵、有源層以及部分N型摻雜氮化鎵，露出部分區(qū)域的N 型摻雜氮化鎵；5)分別在電流擴(kuò)展層和露出的部分N型摻雜氮化鎵上沉積金屬P電極和金屬N電
3極；6)在芯片表面沉積保護(hù)膜，并刻蝕掉P電極和N電極區(qū)域的保護(hù)膜，以便后續(xù)封 裝；7)減薄襯底達(dá)到90μπι左右并拋光，在襯底背面鍍反射層，解理芯片，完成正裝結(jié) 構(gòu)的可擴(kuò)展的超大尺寸發(fā)光二極管的制作。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是芯片上刻蝕的溝槽可以阻擋光在芯片里的橫向傳輸，提高了取光 效率，能得到良好的電流注入，使芯片尺寸得以超大尺寸的擴(kuò)展，制作工藝簡(jiǎn)單。


圖1正裝結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)剖視圖；圖2正裝結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展的超大尺寸發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)剖視圖；圖3正裝結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展的超大尺寸發(fā)光二極管溝槽側(cè)壁鍍有反射層的結(jié)構(gòu)剖視 圖；圖4正方形的正裝結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展的超大尺寸發(fā)光二極管的平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5正方形的正裝結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展的超大尺寸發(fā)光二極管溝槽為直條形的平面結(jié) 構(gòu)示意圖；圖6正方形的正裝結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展的超大尺寸發(fā)光二極管溝槽為梳狀條形平面結(jié) 構(gòu)示意圖；圖7圓形的正裝結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展的超大尺寸發(fā)光二極管溝槽為圓弧形。的平面結(jié)構(gòu) 示意圖；圖8可擴(kuò)展的超大尺寸發(fā)光二極管的溝槽結(jié)構(gòu)剖視圖；圖9另一種可擴(kuò)展的超大尺寸發(fā)光二極管的溝槽結(jié)構(gòu)剖視圖。圖中1襯底、2氮化鎵生長(zhǎng)緩沖層、3Ν型摻雜氮化鎵層、4有源層、5Ρ型摻雜氮化 鎵層、6Ρ型電流擴(kuò)展層、7金屬P電極、8金屬N電極、9溝槽、10溝槽側(cè)壁反射層、11芯片保 護(hù)膜、12芯片襯底背面反射層。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明
具體實(shí)施例方式參見圖1、圖2和圖3為實(shí)施例的正裝結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展的超大尺寸發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)剖 視圖，圖4、為實(shí)施例的正裝結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展的超大尺寸發(fā)光二極管的平面圖。芯片外形為正 方形，橫向尺寸為0. 3mm 500mm。本實(shí)施例由襯底1、外延生長(zhǎng)氮化鎵緩沖層2、N型摻雜 氮化鎵層3、有源層4、P型摻雜氮化鎵層5、電流擴(kuò)展層6、金屬P電極7和金屬N電極8、保 護(hù)膜11、反射層12組成，在藍(lán)寶石的襯底1上依次外延生長(zhǎng)氮化鎵緩沖層2，、NS摻雜氮 化鎵層3、有源層4、P型摻雜氮化鎵層5、然后，在P型摻雜氮化鎵層上沉積一層透明或半透 明的電流擴(kuò)展層6，經(jīng)對(duì)芯片刻蝕，在外延生長(zhǎng)氮化鎵緩沖層2上形成特定的溝槽9，溝槽9 為長(zhǎng)條形狀，溝槽9的橫截面為倒梯形，溝槽9的深度d在0. 1 μ m 10 μ m，溝槽9的寬度 L在0. 1 μ m 30 μ m，溝槽9的側(cè)壁為傾斜結(jié)構(gòu)，其傾斜角θ為10° 80°，側(cè)壁上沉積 反射層12，參見圖8。通過刻蝕P型摻雜氮化鎵5、有源層4以及部分N型摻雜氮化鎵3，露
4出部分區(qū)域的N型摻雜氮化鎵3 ；分別在電流擴(kuò)展層6和露出的部分N型摻雜氮化鎵3上 沉積金屬P電極7和金屬N電極8，N電極與P電極之間的距離相等。在芯片表面沉積保護(hù) 膜11，并刻蝕掉金屬P電極7和金屬N電極8區(qū)域的保護(hù)膜，減薄襯底1至90 y m左右，在 襯底1背面鍍反射層12，解理芯片，最后完成正裝結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展的超大尺寸發(fā)光二極管的 制作。制造方法包括如下步驟1)在襯底1在依次外延生長(zhǎng)氮化鎵緩沖層2，N型摻雜氮化鎵3，有源層4和P型 摻雜氮化鎵5 ；2)在P型摻雜氮化鎵層上沉積一層透明或半透明的電流擴(kuò)展層6 ；3)通過刻蝕，在上述外延層上形成特定的溝槽9 ；4)通過刻蝕P型摻雜氮化鎵5、有源層4以及部分N型摻雜氮化鎵3，露出部分區(qū) 域的N型摻雜氮化鎵3 ；5)分別在電流擴(kuò)展層6和露出的部分N型摻雜氮化鎵3上沉積金屬P電極7和金 屬N電極8 ；6)在芯片表面沉積保護(hù)膜11，并刻蝕掉金屬P電極7和金屬N電極8區(qū)域的保護(hù) 膜；7)減薄襯底1達(dá)到90i!m左右，在襯底1背面鍍反射層12，解理芯片。實(shí)施二實(shí)施例二與實(shí)施例一相同，所不同的是芯片外形為平行四邊形或圓形，溝槽9的 形狀為梳狀或鋸齒狀或圓弧狀，參見圖5、圖6、圖7，溝槽9的橫截面為正梯形，其傾斜角0 為10° 80°，側(cè)壁上沉積反射層12，參見圖9。
權(quán)利要求
一種可擴(kuò)展的超大尺寸發(fā)光二極管芯片，包括襯底、緩沖層、摻雜層、有源層、電流擴(kuò)展層、電極、反射層，其特征在于藍(lán)寶石或藍(lán)寶石圖形的襯底上經(jīng)外延生長(zhǎng)形成疊加的緩沖層、N型摻雜層、有源層、P型摻雜層、電流擴(kuò)展層，通過刻蝕、沉積形成金屬P電極及金屬N電極，通過對(duì)芯片刻蝕在P電極與N電極之間形成溝槽，溝槽的側(cè)壁上沉積有反射層，襯底背面鍍反射層。
2.根據(jù)權(quán)利1所述可擴(kuò)展的超大尺寸發(fā)光二極管芯片，其特征在于芯片外形為正方形 或平行四邊形或圓形，橫向尺寸為0. 3mm 500mm。
3.根據(jù)權(quán)利1所述可擴(kuò)展的超大尺寸發(fā)光二極管芯片，其特征在于，溝槽為長(zhǎng)條形 或梳狀或鋸齒狀或圓弧狀，溝槽的深度d在0. Ιμπι ΙΟμπι，溝槽的寬度L在0. Ιμπι 30 μ m，溝槽的側(cè)壁為垂直或傾斜結(jié)構(gòu)，其傾斜角θ為10° 80°，側(cè)壁上沉積反射層。
4.根據(jù)權(quán)利1所述可擴(kuò)展的超大尺寸發(fā)光二極管芯片，其特征在于芯片上至少設(shè)有一 個(gè)金屬N電極和至少一個(gè)金屬P電極，N電極與P電極之間的距離相等。
5.根據(jù)權(quán)利1所述可擴(kuò)展的超大尺寸發(fā)光二極管芯片，其特征在于P型摻雜層上的電 流擴(kuò)展層是半透明或透明的。
6.權(quán)利要求1的可擴(kuò)展的超大尺寸發(fā)光二極管芯片的制造方法，包括如下步驟1)在襯底上依次外延生長(zhǎng)氮化鎵緩沖層，N型摻雜氮化鎵，有源層和P型摻雜氮化鎵；2)在P型摻雜氮化鎵層上沉積一層透明或半透明的電流擴(kuò)展層；3)通過刻蝕，在上述外延層上形成溝槽；4)通過刻蝕P型摻雜氮化鎵、有源層以及部分N型摻雜氮化鎵，露出部分區(qū)域的N型摻 雜氮化鎵；5)分別在電流擴(kuò)展層和露出的部分N型摻雜氮化鎵上沉積金屬P電極和金屬N電極；6)在芯片表面沉積保護(hù)膜，并刻蝕掉P電極和N電極區(qū)域的保護(hù)膜，以便后續(xù)封裝；7)減薄襯底達(dá)到90μ m并拋光，在襯底背面鍍反射層，解理芯片，完成正裝結(jié)構(gòu)的可擴(kuò) 展的超大尺寸發(fā)光二極管的制作。
全文摘要
一種可擴(kuò)展的超大尺寸發(fā)光二極管芯片，其特征在于襯底上經(jīng)外延生長(zhǎng)形成疊加的緩沖層、N型摻雜層、有源層、P型摻雜層、電流擴(kuò)展層，通過刻蝕、沉積形成金屬P電極及金屬N電極、通過對(duì)芯片刻蝕在P電極與N電極之間形成溝槽，溝槽的側(cè)壁上沉積有反射層，襯底背面鍍反射層。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是芯片上刻蝕的溝槽可以阻擋光在芯片里的橫向傳輸，提高了取光效率，能得到良好的電流注入，使芯片尺寸得以超大尺寸的擴(kuò)展，制作工藝簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)H01L21/8252GK101924116SQ20091005299
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2009年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月12日
發(fā)明者劉勝, 周圣軍, 曹斌, 汪沛, 王愷, 甘志銀, 魏巍 申請(qǐng)人:劉勝