CN101924116A - 可扩展的超大尺寸发光二极管芯片及制造方法 - Google Patents

Abstract

一种可扩展的超大尺寸发光二极管芯片，其特征在于衬底上经外延生长形成叠加的缓冲层、N型掺杂层、有源层、P型掺杂层、电流扩展层，通过刻蚀、沉积形成金属P电极及金属N电极、通过对芯片刻蚀在P电极与N电极之间形成沟槽，沟槽的侧壁上沉积有反射层，衬底背面镀反射层。本发明的优点是芯片上刻蚀的沟槽可以阻挡光在芯片里的横向传输，提高了取光效率，能得到良好的电流注入，使芯片尺寸得以超大尺寸的扩展，制作工艺简单。

Description

可扩展的超大尺寸发光二极管芯片及制造方法

技术领域

本发明专利涉及一种半导体器件及制造方法，特别涉及一种可扩展的超大尺寸发光二极管芯片及制造方法。

背景技术

近几年来，半导体照明逐渐被提上日程，许多国家和地区已经开始了一定范围的应用和推广，氮化镓基发光二极管加上荧光粉混合产生白光的技术已经成了当前半导体照明的主流趋势。氮化镓基发光二极管在过去几年里，各方面都取得了很大的进步。1W的大功率发光二极管的光效不断得到提升，商业化的1W大功率发光二极管模块已经超过了100lm/W的流明效率，实验室的最好水平甚至超过了140lm/W，这使得大功率氮化镓基发光二极管被应用在各种领域成为可能。在发光二极管的各种应用中，人们一般是利用多颗大功率发光二极管组合得到足够的光通量，但这样也会导致一些额外的问题，如封装工艺繁琐、成本高、二次光学设计、可靠性和稳定性等问题。而当前产业界很少有更大功率的单芯片供应，主要是因为芯片横向尺寸进一步增大后，芯片的取光效率会降低，并且电流注入也更加困难。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术中存在的缺陷，提供一种可扩展的超大尺寸发光二极管及制造方法。既解决了芯片尺寸增大时取光效率降低的问题，也保证了芯片尺寸增大时依然可以得到良好的电流注入，同时制作工艺也较为简单。本发明是通过在超大尺寸的芯片上设计一定形状、宽度、深度和侧壁倾角的沟槽来阻断光在大芯片中的横向传输，使光通过更短的距离便能出射出芯片，以达到较高的取光效率，并且这样的芯片尺寸可以扩展，而取光效率不会随芯片尺寸增大而明显地降低，此外，通过与设计的沟槽相配合，在芯片上合理排布电极，使得芯片依然可以得到良好的电流注入。

本发明包括：衬底、缓冲层、掺杂层、有源层、电流扩展层、电极、反射层，其特征在于蓝宝石或蓝宝石图形的衬底上经外延生长形成叠加的缓冲层、N型掺杂层、有源层、P型掺杂层、电流扩展层，通过刻蚀、沉积形成金属P电极及金属N电极、通过对芯片刻蚀在P电极与N电极之间形成沟槽，沟槽的侧壁上沉积有反射层，衬底背面镀反射层。本发明的可扩展的超大尺寸发光二极管的制造方法，包括如下步骤：

1)在衬底上依次外延生长氮化镓缓冲层，N型掺杂氮化镓，有源层和P型掺杂氮化镓；

2)在P型掺杂氮化镓层上沉积一层透明或半透明的电流扩展层；

3)通过刻蚀，在上述外延层上形成沟槽；

4)通过刻蚀P型掺杂氮化镓、有源层以及部分N型掺杂氮化镓，露出部分区域的N型掺杂氮化镓；

5)分别在电流扩展层和露出的部分N型掺杂氮化镓上沉积金属P电极和金属N电极；

6)在芯片表面沉积保护膜，并刻蚀掉P电极和N电极区域的保护膜，以便后续封装；

7)减薄衬底达到90μm左右并抛光，在衬底背面镀反射层，解理芯片，完成正装结构的可扩展的超大尺寸发光二极管的制作。

本发明的优点是芯片上刻蚀的沟槽可以阻挡光在芯片里的横向传输，提高了取光效率，能得到良好的电流注入，使芯片尺寸得以超大尺寸的扩展，制作工艺简单。

附图说明

图1正装结构的发光二极管结构剖视图；

图2正装结构的可扩展的超大尺寸发光二极管结构剖视图；

图3正装结构的可扩展的超大尺寸发光二极管沟槽侧壁镀有反射层的结构剖视图；

图4正方形的正装结构的可扩展的超大尺寸发光二极管的平面结构示意图；

图5正方形的正装结构的可扩展的超大尺寸发光二极管沟槽为直条形的平面结构示意图；

图6正方形的正装结构的可扩展的超大尺寸发光二极管沟槽为梳状条形平面结构示意图；

图7圆形的正装结构的可扩展的超大尺寸发光二极管沟槽为圆弧形。的平面结构示意图；

图8可扩展的超大尺寸发光二极管的沟槽结构剖视图；

图9另一种可扩展的超大尺寸发光二极管的沟槽结构剖视图。

图中：1衬底、2氮化镓生长缓冲层、3N型掺杂氮化镓层、4有源层、5P型掺杂氮化镓层、6P型电流扩展层、7金属P电极、8金属N电极、9沟槽、10沟槽侧壁反射层、11芯片保护膜、12芯片衬底背面反射层。

具体实施方式

实施例一

下面结合附图进一步说明本发明的实施例：

参见图1、图2和图3为实施例的正装结构的可扩展的超大尺寸发光二极管结构剖视图，图4、为实施例的正装结构的可扩展的超大尺寸发光二极管的平面图。芯片外形为正方形，横向尺寸为0.3mm～500mm。本实施例由衬底1、外延生长氮化镓缓冲层2、N型掺杂氮化镓层3、有源层4、P型掺杂氮化镓层5、电流扩展层6、金属P电极7和金属N电极8、保护膜11、反射层12组成，在蓝宝石的衬底1上依次外延生长氮化镓缓冲层2，、N型掺杂氮化镓层3、有源层4、P型掺杂氮化镓层5、然后，在P型掺杂氮化镓层上沉积一层透明或半透明的电流扩展层6，经对芯片刻蚀，在外延生长氮化镓缓冲层2上形成特定的沟槽9，沟槽9为长条形状，沟槽9的横截面为倒梯形，沟槽9的深度d在0.1μm～10μm，沟槽9的宽度L在0.1μm～30μm，沟槽9的侧壁为倾斜结构，其倾斜角θ为10°～80°，侧壁上沉积反射层12，参见图8。通过刻蚀P型掺杂氮化镓5、有源层4以及部分N型掺杂氮化镓3，露出部分区域的N型掺杂氮化镓3；分别在电流扩展层6和露出的部分N型掺杂氮化镓3上沉积金属P电极7和金属N电极8，N电极与P电极之间的距离相等。在芯片表面沉积保护膜11，并刻蚀掉金属P电极7和金属N电极8区域的保护膜，减薄衬底1至90μm左右，在衬底1背面镀反射层12，解理芯片，最后完成正装结构的可扩展的超大尺寸发光二极管的制作。制造方法包括如下步骤：

1)在衬底1在依次外延生长氮化镓缓冲层2，N型掺杂氮化镓3，有源层4和P型掺杂氮化镓5；

2)在P型掺杂氮化镓层上沉积一层透明或半透明的电流扩展层6；

3)通过刻蚀，在上述外延层上形成特定的沟槽9；

4)通过刻蚀P型掺杂氮化镓5、有源层4以及部分N型掺杂氮化镓3，露出部分区域的N型掺杂氮化镓3；

5)分别在电流扩展层6和露出的部分N型掺杂氮化镓3上沉积金属P电极7和金属N电极8；

6)在芯片表面沉积保护膜11，并刻蚀掉金属P电极7和金属N电极8区域的保护膜；

7)减薄衬底1达到90μm左右，在衬底1背面镀反射层12，解理芯片。

实施二：

实施例二与实施例一相同，所不同的是芯片外形为平行四边形或圆形，沟槽9的形状为梳状或锯齿状或圆弧状，参见图5、图6、图7，沟槽9的横截面为正梯形，其倾斜角θ为10°～80°，侧壁上沉积反射层12，参见图9。

Claims (6)

1.一种可扩展的超大尺寸发光二极管芯片，包括：衬底、缓冲层、掺杂层、有源层、电流扩展层、电极、反射层，其特征在于蓝宝石或蓝宝石图形的衬底上经外延生长形成叠加的缓冲层、N型掺杂层、有源层、P型掺杂层、电流扩展层，通过刻蚀、沉积形成金属P电极及金属N电极，通过对芯片刻蚀在P电极与N电极之间形成沟槽，沟槽的侧壁上沉积有反射层，衬底背面镀反射层。

2.根据权利1所述可扩展的超大尺寸发光二极管芯片，其特征在于芯片外形为正方形或平行四边形或圆形，横向尺寸为0.3mm～500mm。

3.根据权利1所述可扩展的超大尺寸发光二极管芯片，其特征在于，沟槽为长条形或梳状或锯齿状或圆弧状，沟槽的深度d在0.1μm～10μm，沟槽的宽度L在0.1μm～30μm，沟槽的侧壁为垂直或倾斜结构，其倾斜角θ为10°～80°，侧壁上沉积反射层。

4.根据权利1所述可扩展的超大尺寸发光二极管芯片，其特征在于芯片上至少设有一个金属N电极和至少一个金属P电极，N电极与P电极之间的距离相等。

5.根据权利1所述可扩展的超大尺寸发光二极管芯片，其特征在于P型掺杂层上的电流扩展层是半透明或透明的。

6.权利要求1的可扩展的超大尺寸发光二极管芯片的制造方法，包括如下步骤：

1)在衬底上依次外延生长氮化镓缓冲层，N型掺杂氮化镓，有源层和P型掺杂氮化镓；

2)在P型掺杂氮化镓层上沉积一层透明或半透明的电流扩展层；

3)通过刻蚀，在上述外延层上形成沟槽；

4)通过刻蚀P型掺杂氮化镓、有源层以及部分N型掺杂氮化镓，露出部分区域的N型掺杂氮化镓；

5)分别在电流扩展层和露出的部分N型掺杂氮化镓上沉积金属P电极和金属N电极；

6)在芯片表面沉积保护膜，并刻蚀掉P电极和N电极区域的保护膜，以便后续封装；

7)减薄衬底达到90μm并抛光，在衬底背面镀反射层，解理芯片，完成正装结构的可扩展的超大尺寸发光二极管的制作。

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