專利名稱：一種表面粗化的發(fā)光二極管芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種表面粗化的發(fā)光二極管芯片
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種芯片，尤其是涉及一種表面粗化的發(fā)光二極管芯片。
背景技術(shù)：
所謂的發(fā)光二極管(Light-Emitting Diode))就是將具備直接能隙的半導(dǎo)體材料做成P/N二極管，在熱平衡的條件下，大部份的電子沒有足夠的能量躍升至導(dǎo)電帶。再施以順向徧壓，則電子會躍升至導(dǎo)電帶，而電子在原價鍵帶上的原位置即產(chǎn)生空穴。在適當(dāng)?shù)膹虊合拢娮?、空穴便會在P/N界面區(qū)域(P-N Juction)結(jié)合而發(fā)光，電源的電流會不斷的補充電子和空穴給N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體，使得電子、空穴結(jié)合而發(fā)光得以持續(xù)進行。LED發(fā)光的原理是電子和空穴的結(jié)合，電子所帶的能量，以光的形式釋放出來，稱為自發(fā)放射。一般LED所放出的光便是屬于此種類型。 最早出現(xiàn)的發(fā)光二極管存在發(fā)光效率很低、壽命較短的缺陷，其發(fā)光二極管芯片的襯底是采用光滑的平面，在襯底上通過芯片制程的方法在襯底上生長出n型層、發(fā)光層、P型層、n型電極層以及p型電極層，上述所述在襯底上生長出的n型層、發(fā)光層以及p型層幾乎都是較為光滑的平面。根據(jù)光的折射原理，光從光密(即光在其中傳播速度較小的)介質(zhì)射到光疏(即光在其中傳播速度較大的)介質(zhì)的界面時，光要離開法線折射，當(dāng)入射角增加到某種情形時，折射線將延表面進行，即折射角為90。，該入射角稱為臨界角。若入射角大于臨界角，則無折射，全部光線均反回光密媒質(zhì)，此現(xiàn)象就出現(xiàn)了光的全反射。根據(jù)上述光的折射原理，由于芯片的折射率大于空氣的折射率，光是通過折射從芯片中射入空氣中的。由于芯片的襯底以及出光面都是較為光滑的平面，通電時，光在芯片內(nèi)從不同的角度發(fā)出至芯片的發(fā)光表面上，當(dāng)部分光在芯片內(nèi)的入射角大于臨界角時，這部分光會在通過芯片的出光面以及襯底的底部發(fā)生多次全反射，光在芯片內(nèi)產(chǎn)生可見光共振，從而使部分全反射的光轉(zhuǎn)換成熱能，使整個芯片產(chǎn)生較高的熱量。因此，這種芯片的制造存在著壽命短、出光效率低的缺陷。 隨著芯片制程能力的不斷提升，發(fā)光二極管要求的發(fā)光效率與亮度不斷的增加，傳統(tǒng)的芯片制程已不能解決大功率發(fā)光二極管的散熱問題以及提高光效的技術(shù)問題，大功率的發(fā)光二極管也漸漸取代傳統(tǒng)的小功率發(fā)光二極管，大功率芯片外延的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)相同，但芯片制作工藝確不盡相同。大功率LED芯片的面積比傳統(tǒng)普通LED芯片的面積要大，且大功率LED是在較大電源的工作環(huán)境下使用時將產(chǎn)生大量的熱量。[0005] 為了將普通LED和大功率LED所產(chǎn)生的熱量散布出去，將電能最大化地轉(zhuǎn)化為光能，同時將普通LED以及大功率LED的出光效率進一步提升，一直以來都是本行業(yè)研發(fā)人員重點解決的課題之一。

實用新型內(nèi)容
本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種具有高發(fā)光效率的、表面粗化的發(fā)光二極管芯片。[0007] 對于本實用新型提供一種具有提高發(fā)光效率的、表面粗化的發(fā)光二極管芯片來說，其技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，一種表面粗化的發(fā)光二極管芯片，包括襯底，形成于襯底正面的n型半導(dǎo)體層，形成于n型半導(dǎo)體層上的發(fā)光層，形成于發(fā)光層上的p型半導(dǎo)體層，在n型半導(dǎo)體層上通過刻蝕形成的負電極焊線區(qū)，在p型半導(dǎo)體層形成的正電極金屬層以及在負電極焊線區(qū)上形成的負電極金屬層，在襯底的正面、背面以及在負電極金屬層與發(fā)光層和P型半導(dǎo)體層之間的局部負電極焊線區(qū)設(shè)置有錐狀的光學(xué)微結(jié)構(gòu)。[0008] 本實用新型的有益效果是在芯片襯底的正面、背面以及在負電極金屬層與發(fā)光層和p型半導(dǎo)體層之間的局部負電極焊線區(qū)形成錐狀的光學(xué)微結(jié)構(gòu)，錐狀的光學(xué)微結(jié)構(gòu)可
以減少光的全反射次數(shù)，避免部分光因全反射而被芯片吸收，通過錐狀的光學(xué)微結(jié)構(gòu)可以讓芯片內(nèi)發(fā)出的光最快、最大可能地折射到芯片外表面。從而大大改善了之前傳統(tǒng)LED的全反射問題，避免了光在芯片內(nèi)發(fā)生可見光共振，最大程度地將電能轉(zhuǎn)化為光能，大幅度提高了 LED的外部量子效率，采用本實用新型，出光效率比傳統(tǒng)發(fā)光二極管芯片的出光效率多出50%以上。


圖1為本實用新型的第一種實施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。[0010] 圖2為本實用新型的第二種實施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本實用新型的第三種實施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實用新型的第四種實施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5為圖1所示本實用新型的第一種實施例的平面示意圖。 圖6為圖2、圖3所示本本實用新型的第二種和第三種實施例的平面示意圖。 圖7為圖4所示本實用新型的第四種實施例的平面示意圖。 圖8a、圖8b為本實用新型局部負電極焊線區(qū)形成錐狀的光學(xué)微結(jié)構(gòu)在顯微鏡下顯示的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖9a、圖9b為本實用新型芯片的襯底正面形成錐狀的光學(xué)微結(jié)構(gòu)在顯微鏡下顯示的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖10a、圖10b為本實用新型芯片的襯底背面形成錐狀的光學(xué)微結(jié)構(gòu)在顯微鏡下顯示的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖11a、圖lib為本實用新型芯片的電流擴散層表面形成錐狀的光學(xué)微結(jié)構(gòu)在顯微鏡下顯示的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
現(xiàn)將參考附圖通過實施例詳細描述本實用新型的實施例。 第一種具體實施例如圖1和圖5所示，本實用新型發(fā)光二極管芯片，包括襯底1，形成于襯底1正面的n型半導(dǎo)體層2，形成于n型半導(dǎo)體層2上的發(fā)光層3，形成于發(fā)光層3上的p型半導(dǎo)體層4，在n型半導(dǎo)體層2上通過刻蝕形成的負電極焊線區(qū)15，在p型半導(dǎo)體層4形成的正電極金屬層7以及在負電極焊線區(qū)15上形成的負電極金屬層8，在襯底1的正面設(shè)置有錐狀的光學(xué)微結(jié)構(gòu)IO，在襯底1的背面設(shè)置有錐狀的光學(xué)微結(jié)構(gòu)11以及在負電極金屬層8與發(fā)光層3和p型半導(dǎo)體層4之間的局部負電極焊線區(qū)15設(shè)置有錐狀的光
4學(xué)微結(jié)構(gòu)9。錐狀的光學(xué)微結(jié)構(gòu)9、10、11就是在制造芯片時，在上述芯片的各界面上通過刻蝕方法形成表面粗化的結(jié)構(gòu)，其表面粗化所形成的形狀為錐狀的光學(xué)微結(jié)構(gòu)，所述錐狀的光學(xué)微結(jié)構(gòu)9、10、11有規(guī)則地排布在芯片的各界面上，參見附圖8a、8b、9a、9b、10a、10b所示。所述錐狀的光學(xué)微結(jié)構(gòu)的作用是錐狀的光學(xué)微結(jié)構(gòu)可以減少光的全反射次數(shù)，避免部分光因全反射而被芯片吸收，可以讓芯片內(nèi)發(fā)出的光最快、最大可能地折射到芯片外表面，采用錐狀的光學(xué)微結(jié)構(gòu)的芯片可以改善傳統(tǒng)LED的全反射問題，避免了光在芯片內(nèi)發(fā)生可見光共振，最大程度地將電能轉(zhuǎn)化為光能，大幅度提高了 LED的外部量子效率，從而實現(xiàn)了提高發(fā)光二極管芯片的出光效率。錐狀體的高度為0. 5 5 i！ m，底部直徑為2 10 ii m ;為達到更好的光線反射效果，錐狀的光學(xué)微結(jié)構(gòu)9的高度最好設(shè)置為1. 5 4 ii m，底部直徑最好為4 8 ii m。為了使電流能在芯片表面上均勻的擴散，將正電極金屬層7形成的圖形線條到負電極金屬層8形成的圖形線條等距離設(shè)置，也就是正電極金屬層7的圖形線條的某一位置到相鄰負電極金屬層8的圖形線條的距離相等，參照圖5所示。所述正電極金屬層7與負電極金屬層8的厚度為1 5 ii m ;為了達到更好的出光及導(dǎo)熱效果，所述正電極金屬層7與負電極金屬層8的厚度為2 3ym，正電極金屬層7與負電極金屬層8的材料可以選自不吸光的金屬如銀、鋁、鉻、鎳、銅或鉑。為了將芯片所產(chǎn)生的光在最短的時間內(nèi)折射出去，最好是在設(shè)置有錐狀的光學(xué)微結(jié)構(gòu)9的襯底1的背面分別電鍍一層氧化物反射層12以及金屬反射層13。本實例所采用的襯底材料選用藍寶石，在藍寶石襯底正面形成n型半導(dǎo)體層2的材料可以選自氮化鎵，在n型半導(dǎo)體層2上形成發(fā)光層3的材料可以選自鋁銦鎵氮，在發(fā)光層3上形成p型半導(dǎo)體層4的材料可以選自氮化鎵。 第二種具體實施例如圖2和圖6所示，本實施例是在上述第一種具體實施例的基礎(chǔ)上，在所述P型半導(dǎo)體層4上還形成有電流擴散層6，所述電流擴散層6的作用是將電流均勻地擴散開，使芯片發(fā)光時達到亮度均勻。 第三種具體實施例如圖3和圖6所示，本實施例是在上述第一種或第二種具體實施例的基礎(chǔ)上，在P型半導(dǎo)體層4與正電極金屬層7接觸位置之間還設(shè)置有電流阻檔層5，所述電流阻檔層5的作用是阻止大量電流流入正電極金屬層7與p型半導(dǎo)體層4接觸的局部位置處，因此，可以使電流均勻地擴散在正電極金屬層7以外的發(fā)光層3上，從而最大程度上減少了正電極金屬層7對光的吸收，避免了發(fā)光二極管芯片的局部亮暗現(xiàn)象發(fā)生。[0023] 第四種具體實施例如圖4和圖7所示，本實施例是在上述第二種或第三種具體實施例的基礎(chǔ)上，在電流擴散層6的表面設(shè)置有錐狀的光學(xué)微結(jié)構(gòu)14，參照圖lla和llb所示，所述錐狀的光學(xué)微結(jié)構(gòu)14的作用與第一種具體實施例所述的作用相同，也就是改善傳統(tǒng)LED的全反射問題，避免光在芯片內(nèi)發(fā)生可見光共振，最大程度地將電能轉(zhuǎn)化為光能，大幅度提高LED的外部量子效率，從而實現(xiàn)提發(fā)光二極芯片的發(fā)光效率。[0024] 以上所述均以方便說明本實用新型，在不脫離本實用新型創(chuàng)作的精神范疇內(nèi)，熟悉此技術(shù)的本領(lǐng)域的技術(shù)人員所做的各種簡單的變相與修飾仍屬于本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求一種表面粗化的發(fā)光二極管芯片，包括襯底，形成于襯底正面的n型半導(dǎo)體層；形成于n型半導(dǎo)體層上的發(fā)光層；形成于發(fā)光層上的p型半導(dǎo)體層；在n型半導(dǎo)體層上通過刻蝕形成的負電極焊線區(qū)；在p型半導(dǎo)體層形成的正電極金屬層以及在負電極焊線區(qū)上形成的負電極金屬層；其特征在于在襯底的正面、背面以及在負電極金屬層與發(fā)光層和p型半導(dǎo)體層之間形成的局部負電極焊線區(qū)設(shè)置有錐狀的光學(xué)微結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面粗化的發(fā)光二極管芯片，其特征在于在所述P型 半導(dǎo)體層上還形成有電流擴散層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種表面粗化的發(fā)光二極管芯片，其特征在于在所述電流 擴散層表面設(shè)置有錐狀的光學(xué)微結(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種表面粗化的發(fā)光二極管芯片，其特征在于所述錐狀體的高度為0. 5 5 ii m，底部直徑為2 10 ii m。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種表面粗化的發(fā)光二極管芯片，其特征在于所述錐狀體 的高度為1. 5 4 ii m，底部直徑為4 8 ii m。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種表面粗化的發(fā)光二極管芯片，其特征在于所 述正電極金屬層形成的圖形線條至負電極金屬層形成的圖形線條距離相等。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種表面粗化的發(fā)光二極管芯片，其特征在于所述正、負電 極金屬層的厚度為1 5iim。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種表面粗化的發(fā)光二極管芯片，其特征在于正、負電極金 屬層的厚度為2 3iim。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種表面粗化的發(fā)光二極管芯片，其特征在于所 述p型半導(dǎo)體層與正電極金屬層接觸位置之間設(shè)置有電流阻檔層。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種表面粗化的發(fā)光二極管芯片，其特征在于在 所述襯底的背面還分別鍍有氧化物反射層以及金屬反射層。
專利摘要本實用新型公開了一種表面粗化的發(fā)光二極管芯片，在襯底正面形成錐狀的光學(xué)微結(jié)構(gòu)，在刻蝕后的襯底正面生長n型半導(dǎo)體層、發(fā)光層和p型半導(dǎo)體層，通過刻蝕形成負電極焊線區(qū)，在負電極焊線區(qū)上制作負電極金屬層，在p型半導(dǎo)體層上制作正電極金屬層，在負電極金屬層與發(fā)光層和p型半導(dǎo)體層之間的局部負電極焊線區(qū)形成錐狀的光學(xué)微結(jié)構(gòu)，襯底背面通過研磨拋光后，在襯底的背面形成錐狀的光學(xué)微結(jié)構(gòu)。錐狀的光學(xué)微結(jié)構(gòu)可以減少光的全反射次數(shù)，避免部分光因全反射而被芯片吸收，可以讓芯片內(nèi)發(fā)出的光最快、最大可能地折射到芯片外表面，避免了光在芯片內(nèi)發(fā)生可見光共振，從而實現(xiàn)提高發(fā)光二極管芯片的出光效率。
文檔編號H01L33/00GK201450021SQ200920052340
公開日2010年5月5日 申請日期2009年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月9日
發(fā)明者葉國光, 梁伏波, 樊邦揚 申請人:鶴山麗得電子實業(yè)有限公司