一種具有特殊結構的四元紅黃髮光二極體晶片的製作方法

2023-05-08 15:25:11

專利名稱：一種具有特殊結構的四元紅黃髮光二極體晶片的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及半導體晶片製造技術，特別涉及一種具有特殊結構的四元紅黃髮光二極體(LED)晶片。
背景技術：
四元系InGaAlP發光二極體由於其發光效率高，顏色範圍廣，使用壽命長而受到半導體照明界的廣泛重視，已被大量應用於大屏顯示、交通信號燈、景觀照明、汽車狀態顯示等各個領域。圖1為普通四元紅黃LED的外延片，其襯底1採用GaAs材料，並利用MOCVD方法在襯底1上生長InGaAlP外延層2作為發光區，該外延層被製成pn結，因此正向通電時即產生紅黃光。外延層2上覆蓋有一層大約10微米厚的GaP窗口層3。由於GaAs材料的能隙較小，來自發光區的大部分紅黃光光子將會被襯底1吸收，從而嚴重影響晶片的出光效率，這對於提高光強是一個很大的障礙。
為了解決這個問題，許多大公司提出了一種通過在外延材料表面蒸鍍金屬膜來增加晶片出光效率的新工藝，由於金屬膜具有較好的反射性，可以將發光區發射的光線反射出去，因此這種新工藝的確能夠提高晶片的出光效率。但是由於工藝的複雜性，以及P/N面電極必須做在同一面上的要求，使得晶片的成品率不高，可靠性也大打折扣。

發明內容
本實用新型的目的是提供一種四元紅黃髮光二極體(LED)晶片，其在保持GaAs/InGaAlP多層結構不變的前提下明顯提高了LED晶片的出光效率。
本實用新型的上述目的通過以下技術方案實現一種四元紅黃髮光二極體晶片，包含GaAs襯底、覆蓋在所述GaAs襯底上的InGaAlP外延層和覆蓋在所述InGaAlP外延層上的窗口層，所述InGaAlP外延層內形成有pn結，其中，所述GaAs襯底包含至少一個鏤空區域。
在上述四元紅黃髮光二極體晶片中，所述InGaAlP外延層位於所述鏤空區域的區域覆蓋有窗口層。
在上述四元紅黃髮光二極體晶片中，所述InGaAlP外延層位於所述鏤空區域的區域蒸鍍有金屬膜。
在上述四元紅黃髮光二極體晶片中，所述GaAs襯底的鏤空區域為四個均勻分布的空心圓柱體。
在上述四元紅黃髮光二極體晶片中，所述窗口層的厚度為10微米厚的GaP層。
上述四元紅黃髮光二極體晶片仍然保持了原先的外延層結構，因此不存在晶片受損等因素，而且由於未完全去除GaAs襯底，所以外延片的強度增加，有利於防止生產過程中出現碎片現象。此外，背面GaAs有一部分被去除，所以背面也會出光或反射光線，從而提高了出光效率。


圖1為普通四元紅黃髮光二極體晶片的剖面示意圖。
圖2為按照本實用新型較佳實施例的發光二極體晶片剖面示意圖。
圖3為圖2所示發光二極體晶片的背平面示意圖。
具體實施方式
以下藉助附圖描述本實用新型的較佳實施例。
如圖2所示，本實用新型的四元紅黃髮光二極體晶片包含襯底1(圖中陰影標識的部分)、覆蓋在襯底1上的發光區2和覆蓋在發光層上的窗口層，其中，襯底1採用GaAs材料，發光層為利用外延方法在襯底1上生長的InGaAlP外延層，該外延層被製成pn結，因此正向通電時即產生四元紅黃光。發光區2上覆蓋有一層窗口層，一般為大約10微米厚的GaP層。與圖1所示晶片不同的是，本實用新型的GaAs襯底1不再是一塊完全覆蓋住InGaAlP外延層的片狀材料，其具有一定的圖案結構，具體而言，襯底1包含有鏤空區域。從GaAs襯底1的背面看，鏤空區域為如圖3所示的四個圓形並且均勻分布在襯底平面，因此鏤空區域實際上為貫通襯底1的四個圓柱體1a～1d，圖2示出了其中的兩個圓柱體1a和1b。
發光區2發出的光線一方面經窗口層3出射，另一方面還可通過面對圓形1a～1d的區域出射，因此提高了出光效率。比較好的是，在發光區2位於圓柱體1a～1d的區域覆蓋窗口層。當然，也可以在該位置上蒸鍍一層金屬膜代替窗口層，此時原本透過面對圓形1a～1d區域出射的光線將被金屬膜反射並透過窗口層3出射，因此也提高了出光效率。
雖然鏤空區域的數量、形狀和位置可以有多種選擇，但是這些變化都未偏離通過鏤空襯底來提高晶片出光效率的原理，因此圖2和3所示鏤空區域為圓柱體的具體實例不應構成對本實用新型保護範圍的限定。
以下描述圖2和圖3所示發光二極體晶片的製造工藝。
首先製作出具有如圖1所示結構的晶片或外延片，並且完成正面電極工藝。隨後，將GaAs襯底減薄到一定厚度，並且在GaAs襯底1未覆蓋外延層InGaAlP的背面刻出如圖3所示的圓形圖案，圓內區域為要去除GaAs材料的部分。接著，用腐蝕液腐蝕掉圓孔內的GaAs材料，從而製作出如圖2所示的結構。
權利要求1.一種四元紅黃髮光二極體晶片，包含GaAs襯底、覆蓋在所述GaAs襯底上的InGaAlP外延層和覆蓋在所述InGaAlP外延層上的窗口層，所述InGaAlP外延層內形成有pn結，其特徵在於，所述GaAs襯底包含至少一個鏤空區域。
2.如權利要求1所述的四元紅黃髮光二極體晶片，其特徵在於，所述InGaAlP外延層位於所述鏤空區域的區域覆蓋有窗口層。
3.如權利要求1所述的四元紅黃髮光二極體晶片，其特徵在於，所述InGaAlP外延層位於所述鏤空區域的區域蒸鍍有金屬膜。
4.如權利要求1～3中任意一項所述的四元紅黃髮光二極體晶片，其特徵在於，所述GaAs襯底的鏤空區域為若干均勻分布的空心圓柱體。
5.如權利要求4所述的四元紅黃髮光二極體晶片，其特徵在於，所述窗口層的厚度為10微米厚的GaP層。
專利摘要一種四元紅黃髮光二極體(LED)晶片，包含GaAs襯底、覆蓋在所述GaAs襯底上的InGaAlP外延層和覆蓋在所述InGaAlP外延層上的窗口層，所述InGaAlP外延層內形成有pn結，其中，所述GaAs襯底包含至少一個鏤空區域。上述四元紅黃髮光二極體晶片仍然保持了原先的外延層結構，因此不存在晶片受損等因素，而且由於未完全去除GaAs襯底，所以外延片的強度增加，有利於防止生產過程中出現碎片現象。此外，背面GaAs有一部分被去除，所以背面也會出光或反射光線，從而提高了出光效率。
文檔編號H01L33/00GK2749055SQ20042011085
公開日2005年12月28日 申請日期2004年12月8日 優先權日2004年12月8日
發明者顧海軍, 謝雪茹, 唐國慶, 俞振中 申請人:上海金橋大晨光電科技有限公司