專利名稱：通過(guò)新結(jié)構(gòu)提高出光效率的發(fā)光二極管芯片及其制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)新結(jié)構(gòu)提高出光效率的發(fā)光二極管芯片及其制造工藝，通過(guò)將P電極延伸至發(fā)光面外部的硅支撐層上，在硅基材凹槽內(nèi)部淀積反光材料，提高了發(fā)光二極管的出光效率。
技術(shù)背景從上世紀(jì)60年代第一只二極管誕生，到90年代第一只大功率二極管誕生，再到 今天二極管進(jìn)入了各大領(lǐng)域交通信號(hào)燈、大屏幕背光源、甚至未來(lái)幾年的路燈等高端領(lǐng)域，發(fā)展之所以如此迅速是由于發(fā)光二極管具有壽命長(zhǎng)、低功耗、綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。目前制約LED進(jìn)入高端領(lǐng)域的發(fā)展瓶頸是出光效率及散熱，理論上發(fā)光二極管發(fā) 光效率高達(dá)2001m/W,但是現(xiàn)在發(fā)光二極管的效率不到理論值的一半，甚至僅僅三分 之一，一個(gè)重要原因就是一部分從激活區(qū)出來(lái)的光不能從發(fā)光二極管芯片內(nèi)部提取出 來(lái)，尤其是金屬電極的吸收、遮擋、除正上方方向之外方向光的多次折射等影響。替 代金屬電極固有缺點(diǎn)的方法只能是用透明的半導(dǎo)體取代它，錫化銦氧化物(ITO)是 一個(gè)好的選擇，使用這種材料可以將LED的出光效率提高30%—50%，但是用于制 作電極的沉積技術(shù)PVD，如MBE和電子蒸發(fā)，或者濺射工藝，所有的這些工藝技術(shù)趨 向于在不通形態(tài)的表面上產(chǎn)生劣質(zhì)的薄膜，即不能穩(wěn)定的獲得高質(zhì)量的薄膜，從而引 起電極可靠性的降低，影響器件的成品率。氧化鋅與ITO相比較是一種更為理想的材料，具有以下優(yōu)點(diǎn)對(duì)可見(jiàn)光的透明度 高達(dá)85%以上，良好的熱傳導(dǎo)性、與GaN較小的晶格適配、較好的高溫穩(wěn)定性、適 合干法和濕法刻蝕、電阻率小于10—3甚至1(T等。有研究表明采用ZnO透明電極的發(fā) 光二極管比采用金屬和ITO電極的二極管在出光效率上可以分別提高80%和30%。 所以氧化鋅透明電極層是一種較為理想的材料。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對(duì)巳有技術(shù)存在的缺陷，提供一種通過(guò)新結(jié)構(gòu)提高出光效率 的發(fā)光二極管芯片及其制造工藝，提高發(fā)光二極管的出光效率。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是針對(duì)當(dāng)前大功率LED存在的結(jié)構(gòu)缺陷，金 屬電極吸光較多，ITO透明電極的不穩(wěn)定性，發(fā)明了氧化鋅透明電極延伸結(jié)構(gòu)和反光結(jié)構(gòu)。氧化鋅(ZnO)是II一VI族的化合物半導(dǎo)體，它的帶隙寬度可達(dá)3.35 eV，對(duì)于 可見(jiàn)光具有很高的透明度，很適合用于制作高透明度的發(fā)光二極管透明電極。對(duì)于可 見(jiàn)光具有80%以上的透射率，遷移率高達(dá)36cm2/V's，電阻率小于l(T3 Q cm，較低 溫度(甚至室溫)下可制備，相對(duì)于ITO氧化鋅薄膜還有低廉以及無(wú)毒的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明采用硅基材作為氧化鋅延伸電極支撐體，硅材料良好的導(dǎo)熱性能可以有效 的將發(fā)光而激光產(chǎn)生的熱量傳輸?shù)酵鈱臃庋b材料，為了制作氧化鋅電極方便，需要在 硅基體上刻蝕出跟LED芯片尺寸對(duì)應(yīng)的凹槽，并在凹槽內(nèi)部淀積上相應(yīng)的絕緣反光 材料，增加發(fā)光而激光四周及底面出光向上表面的反射，從而提高發(fā)光而激光的出光 效率，在將發(fā)光二極管芯片鍵合到或者粘結(jié)到相應(yīng)的凹槽內(nèi)部后，在硅基材和發(fā)光二 極管芯片上表面通過(guò)薄膜生長(zhǎng)設(shè)備，如薄膜沉積濺射系統(tǒng)或者M(jìn)OCVD系統(tǒng)等生長(zhǎng) 氧化鋅透明薄膜層，最終將原來(lái)在發(fā)光面正上方的電極延伸至硅基材上部的氧化鋅薄 膜上，此發(fā)明結(jié)構(gòu)降低了原來(lái)p電極在發(fā)光面正上方對(duì)芯片出光的遮擋和吸收，增加 了四周表面和下表面出光的反射，有利于發(fā)光二極管出光效率的提高。根據(jù)上述的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種通過(guò)新結(jié)構(gòu)提高出光效率的發(fā)光二極管芯片及其制造工藝及其制造工藝，包 基材、芯片發(fā)光部分；其特征在于有一個(gè)上表面淀積一層絕緣層的導(dǎo)熱性能優(yōu)越的基 材，其上刻蝕出跟所述芯片部分匹配的凹槽，在凹槽內(nèi)部表面淀積有反光層，芯片發(fā) 光部分被植入凹槽，在芯片發(fā)光部分最上部以及凹槽周壁上表面制作有透明電極層， p型金pad延伸至發(fā)光面外部對(duì)應(yīng)于凹槽周壁上面透明電極層的上表面。上述通過(guò)新結(jié)構(gòu)提高出光效率的發(fā)光二極管芯片，其特征在于所述基材材料是硅 或者是銅或者是A1N陶瓷；上述的通過(guò)新結(jié)構(gòu)提高出光效率的發(fā)光二極管芯片，其特征在于透明電極是氧化鋅電極或者是no電極或者是透明鎳金電極；上述的通過(guò)新結(jié)構(gòu)提高出光效率的發(fā)光二極管芯片，其特征在于P型金pad延伸 發(fā)光面外部凹槽周壁上表面的透明電極層上；一種制造上述通過(guò)新結(jié)構(gòu)提高出光效率的發(fā)光二極管芯片的工藝，其特征在于工 藝步驟如下1) 在基材上淀積一層薄的絕緣層，然后通過(guò)刻蝕制作出陣列狀的凹槽結(jié)構(gòu)；2) 在凹槽內(nèi)表面淀積一層反光層3) 將分割好的芯片發(fā)光部分植入凹槽內(nèi)；4) 在凹槽周壁上表面以及芯片發(fā)光部分上表面生長(zhǎng)透明電極，并刻蝕出n型金 pad電極的位置；5) 在刻蝕出的n型金pad位置對(duì)應(yīng)于凹槽周壁上表面的透明電極層上制作p型金 pad-'6) 表面清洗以及雜質(zhì)清除；7) 按照相應(yīng)的尺寸用劃片機(jī)劃分基材。 上述的制造通過(guò)新結(jié)構(gòu)提高出光效率的發(fā)光二極管芯片的工藝，其特征在于所述工藝 步驟l)中，絕緣材料是氧化硅；上述的制造通過(guò)新結(jié)構(gòu)提高出光效率的發(fā)光二極管芯片的工藝，其特征在于所述工藝 步驟2)中，反光層具有絕緣性；本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有顯而易見(jiàn)的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明 通過(guò)將P型金pad延伸至發(fā)光外部，同時(shí)附加一個(gè)發(fā)光凹槽，在^E少了遮擋的同時(shí)， 提高了發(fā)光，從而大為提高發(fā)光二極管芯片的出光效率。


圖l傳統(tǒng)芯片的截面圖 圖2傳統(tǒng)芯片的俯視3是本發(fā)明的硅基材截面圖 圖4是本發(fā)明結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖 圖5是本發(fā)明結(jié)構(gòu)俯視圖 圖6是本發(fā)明單個(gè)LED芯片結(jié)構(gòu)俯視圖具體實(shí)施方式
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合

如下參見(jiàn)圖3、圖4和圖5，本通過(guò)新結(jié)構(gòu)提高出光效率的發(fā)光二極管包括包基材1、 芯片發(fā)光部分5;其特征在于有一個(gè)上表面淀積一層絕緣層2的導(dǎo)熱性能優(yōu)越的基材 2，其上刻蝕出跟所述芯片部分5匹配的凹槽，在凹槽內(nèi)部表面淀積有反光層3，芯 片發(fā)光部分5被植入凹槽，在芯片發(fā)光部分最上部以及凹槽周壁上表面制作有透明電 極層6， p型金pad 7延伸至發(fā)光面外部對(duì)應(yīng)于凹槽周壁上面透明電極層的上表面， 其中絕緣層2為氧化硅，反光層3具有絕緣性。本通過(guò)新結(jié)構(gòu)提高出光效率的發(fā)光二極管芯片的制造工藝如下首先在基材上淀積一層薄的絕緣層2，然后通過(guò)刻蝕制作出陣列狀的凹槽結(jié)構(gòu)1， 并在凹槽內(nèi)表面淀積一層反光層3;然后將分割好的芯片發(fā)光部分5植入凹槽1內(nèi)，并在凹槽周壁上表面以及芯片發(fā)光部分5上表面生長(zhǎng)透明電極6，刻蝕出n型金pad 4 電極的位置；再后在刻蝕出的n型金pad位置4對(duì)應(yīng)于凹槽1周壁上表面的透明電極 6層上制作p型金pad 7，并做表面清洗以及雜質(zhì)清除；最后按照相應(yīng)的尺寸用劃片 機(jī)劃分基材1成一個(gè)一個(gè)的發(fā)光二極管芯片。
權(quán)利要求
1. 一種通過(guò)新結(jié)構(gòu)提高出光效率的發(fā)光二極管芯片及其制造工藝及其制造工藝，包基材(1)、芯片發(fā)光部分(5)；其特征在于有一個(gè)上表面淀積一層絕緣層(2)的導(dǎo)熱性能優(yōu)越的基材(2)，其上刻蝕出跟所述芯片部分(5)匹配的凹槽，在凹槽內(nèi)部表面淀積有反光層(3)，芯片發(fā)光部分(5)被植入凹槽，在芯片發(fā)光部分最上部以及凹槽周壁上表面制作有透明電極層(6)，p型金pad(7)延伸至發(fā)光面外部對(duì)應(yīng)于凹槽周壁上面透明電極層的上表面。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過(guò)新結(jié)構(gòu)提高出光效率的發(fā)光二極管芯片，其特征在于 所述基材(1)材料是硅或者是銅或者是A1N陶瓷；
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過(guò)新結(jié)構(gòu)提高出光效率的發(fā)光二極管芯片，其特征在于 透明電極(6)是氧化鋅電極或者是ITO電極或者是透明鎳金電極；
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過(guò)新結(jié)構(gòu)提高出光效率的發(fā)光二極管芯片，其特征在于 p型金pad (7)延伸發(fā)光面外部凹槽周壁上表面的透明電極(6)層上；
5、 一種制造根據(jù)權(quán)利要求1所述通過(guò)新結(jié)構(gòu)提高出光效率的發(fā)光二極管芯片的工 藝，其特征在于工藝步驟如下1) 在基材上淀積一層薄的絕緣層(2)，然后通過(guò)刻蝕制作出陣列狀的凹槽結(jié)構(gòu)(1);2) 在凹槽內(nèi)表面淀積一層反光層(3);3) 將分割好的芯片發(fā)光部分(5)植入凹槽(1)內(nèi)；4) 在凹槽周壁上表面以及芯片發(fā)光部分(5)上表面生長(zhǎng)透明電極(6)，并刻蝕 出n型金pad (4)電極的位置；5) 在刻蝕出的n型金pad位置(4)對(duì)應(yīng)于凹槽(1)周壁上表面的透明電極(6) 層上制作p型金pad (7);6) 表面清洗以及雜質(zhì)清除；7) 按照相應(yīng)的尺寸用劃片機(jī)劃分基材(1)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造通過(guò)新結(jié)構(gòu)提高出光效率的發(fā)光二極管芯片的工藝， 其特征在于所述工藝步驟l)中，絕緣層(2)是氧化硅；
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造通過(guò)新結(jié)構(gòu)提高出光效率的發(fā)光二極管芯片的工藝， 其特征在于所述工藝步驟2)中，反光層(3)具有絕緣性。
全文摘要
本發(fā)明涉及了一種通過(guò)新結(jié)構(gòu)提高出光效率的發(fā)光二極管芯片及其制造工藝，包括包基材、芯片發(fā)光部分；其特征在于有一個(gè)上表面淀積一層絕緣層的導(dǎo)熱性能優(yōu)越的基材，其上刻蝕出跟所述芯片部分匹配的凹槽，在凹槽內(nèi)部表面淀積有反光層，芯片發(fā)光部分被植入凹槽，在芯片發(fā)光部分最上部以及凹槽周壁上表面制作有透明電極層，p型金pad延伸至發(fā)光面外部對(duì)應(yīng)于凹槽周壁上面透明電極層的上表面，本發(fā)明通過(guò)凹槽反光提高了發(fā)光二極管芯片的出光效率。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101281947SQ200810037738
公開(kāi)日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2008年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月20日
發(fā)明者張建華, 梁秉文, 殷錄橋, 王書(shū)方 申請(qǐng)人:上海大學(xué);梁秉文