專利名稱：一種發(fā)光二極管芯片及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管芯片制作領域，尤其涉及一種發(fā)光二極管芯片及其制作方法。
背景技術：
LED (Light Emitting Diode,發(fā)光二極管)芯片是一種固態(tài)的半導體器件,它可以直接將電能轉化為光能。參閱圖I所示為現有技術中的發(fā)光二極管芯片結構圖。在發(fā)光二極管芯片中，最下層為藍寶石基底6，在藍寶石基底6的反射層中，可以將發(fā)光層發(fā)射的光線進行反射；基底6上層為N型GaN層5和P型GaN層2構成的PN結7，該PN7結即為發(fā)光層，當發(fā)光二極管芯片通電時，N型GaN層5和P型GaN層2中的電子和空穴進行遷移，使得發(fā)光二極管芯片發(fā)光；發(fā)光二極管芯片的最上層為電流擴散層3，用于降低串聯電阻，使發(fā)光二極管芯片中的電流擴散；發(fā)光二極管芯片上還包含P型電極I和N型電極4，整個芯片采用環(huán)氧樹脂或者硅樹脂材料封裝。在制作發(fā)光二極管芯片的過程中，采用AlGaInP LED系化合物半導體，其折射率為3. 5，密封發(fā)光二極管芯片的環(huán)氧樹脂或者環(huán)氧樹脂材料的折射率為I. Π. 5。由于發(fā)光二極管芯片材料與封裝材料之間的折射率相差較大，當發(fā)光二極管芯片內部的光線射出發(fā)光二極管芯片時，容易發(fā)生全反射現象，即在發(fā)光二極管芯片內部，當光線入射角度大于臨界角時，將會發(fā)生全反射，經計算，上述臨界角約為25°左右。因此，需要發(fā)光二極管芯片發(fā)射的光線在發(fā)光二極管芯片界面的入射角小于臨界角，即幾乎垂直入射才能防止內部全反射·問題。由此可見，在發(fā)光二極管芯片中，只有滿足條件的光線才能出射，嚴重影響了發(fā)光二極管芯片的發(fā)光效率，現有技術中，發(fā)光二極管芯片的發(fā)光效率低于10%。在現有技術中，提高發(fā)光二極管芯片發(fā)光效率的方法主要為，對發(fā)光二極管芯片的形狀進行改進，將發(fā)光二極管芯片加工為具備多面體的形狀，或者將發(fā)光二極管芯片表面制作成凹凸狀，旨在提高發(fā)光層內部量子效率和光線從發(fā)光二極管芯片內部取至外部的效率，高效率提供發(fā)光層電流的技術，控制發(fā)光二極管芯片內部光線的入射角度。采用上述技術方案提高發(fā)光二極管芯片的發(fā)光效率，僅適用于外形尺寸低于1_的發(fā)光二極管芯片，并且在加工工藝上實現起來較為困難。

發(fā)明內容
本發(fā)明實施例提供一種發(fā)光二極管芯片及其制作方法，用以解決現有技術中存在的發(fā)光二極管芯片發(fā)光效率低的問題。本發(fā)明實施例提供的具體技術方案如下一種發(fā)光二極管芯片,包括基底；PN結，其位于基底的一側并包括P型半導體層和N型半導體層；
P型電極、N型電極和電流擴散層，所述P型電極、N型電極和電流擴散層位于所述PN結上，反射層，位于所述基底的另一側；光柵，位于所述電流擴散層靠近PN結的一側。其中，所述發(fā)光二極管芯片還包括光線方向改變部件，所述光線方向改變部件位于所述電流擴散層的側面；所述光線方向改變部件包括經過粗糙化處理的部件；或者，光柵；或者，光子晶體。所述反射層為金屬層； 所述金屬層上設有多個曲率半徑為微米級的凹面鏡或凸面鏡；所述光柵采用金屬制作，所述光柵的光柵常數為10納米 19納米?！N發(fā)光二極管芯片的制作方法，包括在基底的一側上形成包括P型半導體層和N型半導體層的PN結的步驟；在所述PN結上形成P型電極和N型電極的步驟；在所述PN結上形成電流擴散層的步驟；在所述基底的另一側上形成反射層的步驟；在所述電流擴散層上制作光柵結構的步驟；其中，在所述電流擴散層的側面制作光線方向改變部件的步驟；在電流擴散層的側面制作光線方向改變部件的步驟包括在所述電流擴散層側面進行粗糙化處理；或者，在所述電流擴散層側面制作光柵結構；或者，在所述電流擴散層側面制作光子晶體；所述反射層為金屬層；在所述基底的另一側上形成反射層的步驟包括在所述金屬層上制作多個曲率半徑為微米級的凹面鏡或凸面鏡；所述光柵結構采用金屬制作，所述光柵結構的光柵常數為10納米 19納米。本發(fā)明實施例中，上述發(fā)光二極管芯片包括基底；PN結，其位于基底的一側并包括P型半導體層和N型半導體層；P型電極、N型電極和電流擴散層，該P型電極、N型電極和電流擴散層位于上述PN結上；還包括反射層，位于上述基底的另一側；光柵，位于上述電流擴散層靠近PN結的一側。采用本發(fā)明技術方案，制作工藝簡單，通過改變發(fā)光二極管芯片內部光線的方向有效提高了發(fā)光二極管芯片的發(fā)光效率。


圖I為現有技術中發(fā)光二極管芯片的結構示意圖；圖2為本發(fā)明實施例中發(fā)光二極管芯片的結構示意圖；圖3為本發(fā)明實施例中發(fā)光二極管芯片的制作流程圖；圖4為本發(fā)明實施例中發(fā)光二極管芯片反射層微結構中光線傳播模擬圖。
具體實施例方式為了解決現有技術中存在的發(fā)光二極管芯片發(fā)光效率低的問題，本發(fā)明實施例中，上述發(fā)光二極管芯片包括基底；PN結，其位于基底的一側并包括P型半導體層和N型半導體層；P型電極、N型電極和電流擴散層，該P型電極、N型電極和電流擴散層位于上述PN結上；還包括反射層，位于上述基底的另一側；光柵，位于上述電流擴散層靠近PN結的一側。采用本發(fā)明技術方案，制作工藝簡單，通過改變發(fā)光二極管芯片內部光線的方向有效提高了發(fā)光二極管芯片的發(fā)光效率。下面結合附圖對本發(fā)明優(yōu)選的實施方式進行詳細說明。參閱圖2所示為本發(fā)明實施例中提供的一種發(fā)光二極管芯片，發(fā)光二極管芯片包括基底6、PN結7、P型電極I、N型電極4、反射層11、光柵9和光線方向改變部件8，其中，基底6 ；PN結7，其位于基底的一側并包括P型半導體層2和N型半導體層5 ； P型電極I、N型電極4和電流擴散層3，所述P型電極I、N型電極4和電流擴散層3位于所述PN結上，反射層11，位于所述基底的另一側；光柵9，位于所述電流擴散層靠近PN結的一側；光線方向改變部件8，位于所述電流擴散層的側面。其中，上述發(fā)光二極管芯片的反射層11為金屬層，且在該金屬層上設有多個曲率半徑為微米級的凹面鏡或凸面鏡10，并且，該金屬層可以為鋁層、銅層等高反射率的金屬層；上述發(fā)光二極管芯片電流擴散層靠近PN結一側的光柵9采用金屬制作，且光柵常數為10納米 19納米；上述發(fā)光二極管電流擴散層側面的光線方向改變部件8可以為經過粗糙化處理的部件，或者為光柵，或者為光子晶體等。參閱圖3所示，本發(fā)明實施例中，發(fā)光二極管芯片制作的詳細流程如下步驟300 :在基底的一側上形成包括P型半導體層和N型半導體層的PN結。步驟310 :在上述PN結上形成電流擴散層。步驟320 :在上述PN結上形成P型電極和N型電極。在發(fā)光二極管芯片的制作過程中，PN結位于基底的一側并包括P型半導體層和N型半導體層。在PN結上形成電流擴散層，以及在PN結上形成P型電極和N型電極的步驟不分先后順序，即可以先執(zhí)行步驟310，再執(zhí)行步驟320 ;或者，先執(zhí)行步驟320，再執(zhí)行步驟310。經過上述過程后，發(fā)光二極管芯片的結構由上至下依次為P型電極、電流擴散層、PN結、N型電極及基底。步驟330 :在上述基底的另一側上形成反射層。在發(fā)光二極管芯片基底的另一側上形成反射層，該反射層為一層金屬層，該金屬層可以為鋁層，也可以為銅層等高反射率金屬層。發(fā)光二極管芯片發(fā)光層發(fā)出的光線，經反射層反射后的光線方向指向發(fā)光二極管芯片的上層，以使發(fā)光二極管芯片發(fā)射層發(fā)出的光線射出發(fā)光二極管芯片。在上述發(fā)光二極管芯片基底的金屬層上制作多個曲率半徑為微米級的凹面鏡或凸面鏡。當發(fā)光層發(fā)出的光線入射反射層時，反射層上的多個凹面鏡或凸面鏡能夠改變上述發(fā)光層發(fā)出的光線經反射層進行反射后得到的反射光線的方向，使發(fā)光層發(fā)出的入射光線經反射層反射后得到的反射光線的方向能夠大致相同，即將發(fā)散的入射光線經反射層發(fā)射后得到初步平行化的反射光線。并且，上述發(fā)光二極管芯片基底的反射層上的凹面鏡或凸面鏡在使上述反射光線的方向大 致相同的同時，使反射光線入射發(fā)光二極管芯片界面的角度也大為減小，即該凹面鏡或凸面鏡結構能夠使發(fā)光二極管芯片發(fā)光層發(fā)射的光線經過反射層發(fā)射后，得到反射角度在特定范圍內的一系列光線。因此，在發(fā)光二極管芯片的反射層制作凹面鏡或凸面鏡結構的目的是，通過改變發(fā)光二極管芯片內部光線的方向，使得發(fā)光二極管芯片內部光線在發(fā)光二極管芯片界面發(fā)生全反射的概率降低。參閱圖4所示為本發(fā)明實施例中，在發(fā)光二極管芯片的基底上形成一層金屬層，并在金屬層上制作多個凹面鏡或凸面鏡，在其中一個凹面鏡或凸面鏡發(fā)生反射的過程中，入射光線的入射角度與反射光線的反射角度模擬圖。在圖3中，金屬層上的凹面鏡或凸面鏡將發(fā)散的入射光線能夠較為平行地射出。步驟340 :在上述電流擴散層靠近PN結的一側制作光柵結構。在上述發(fā)光二極管芯片的電流擴散層靠近PN結的一側制作光柵結構。在發(fā)光二極管芯片中，PN結構成的發(fā)光層并不會影響上述經反射層反射后的光線方向。上述經反射層反射后的光線經過發(fā)光層后，到達發(fā)光二極管芯片的電流擴散層。在電流擴散層的底部，即在電流擴散層靠近PN結的一側制作了光柵結構，上述光柵結構中的光柵采用金屬制作，光柵常數為10納米 19納米，且光柵高度約為幾十個納米。當光線通過光柵結構時，能夠發(fā)生衍射現象。利用上述光柵結構的衍射特性，當發(fā)光二極管芯片內部的光線經過光柵結構時，能夠改變該光線的方向，使上述光線中的一部分光線以與電流反射層近似垂直的方向入射發(fā)光二極管芯片界面，即該部分光線的方向與發(fā)光二極管芯片界面近似垂直，以小于發(fā)光二極管芯片內部材料與外部封裝材料發(fā)生全反射臨界角的角度入射至發(fā)光二極管芯片界面，該部分光線不會在發(fā)光二極管芯片界面發(fā)生全反射現象，這樣，相比在發(fā)光二極管芯片內部光線發(fā)生全發(fā)射現象，本發(fā)明在發(fā)光二極管芯片的電流擴散層靠近PN結的一側制作光柵結構后會有更多的光線從發(fā)光二極管芯片射出；上述發(fā)光二極管芯片內部光線中的另一部分光線方向與電流反射層底面平行，即該另一部分光線在電流反射層中橫向傳播。在發(fā)光二極管芯片的電流反射層靠近PN結的一側制作光柵結構后，能夠將經反射層反射后方向較為一致的光線通過衍射作用改變方向，使發(fā)光二極管芯片內部的光線更多地射出發(fā)光二極管芯片。針對在電流反射層中橫向傳播的光線，在發(fā)光二極管芯片中電流擴散層兩側面分別制作光線方向改變部件。上述光線方向改變部件可以為在電流擴散層兩側面分別進行粗糙化處理；或者，在電流擴散層兩側面分別制作光柵結構；或者，在電流擴散層兩側面分別制作光子晶體。若在發(fā)光二極管芯片的電流擴散層的兩側面分別制作光柵結構，其原理與在電流擴散層中制作光柵結構的原理相同，通過將電流擴散層中橫向傳播光線分為兩個正交方向的光線，則垂直于電流擴散層的光線可射出發(fā)光二極管芯片。該方法旨在通過改變在電流擴散層中橫向傳播光線的方向來增加出射發(fā)光二極管芯片的光線，以提高發(fā)光二極管芯片的發(fā)光效率。若在發(fā)光二極管芯片的電流擴散層的兩側面分別進行粗糙化處理，可以將發(fā)光二極管芯片內部經電流擴散層靠近PN結一側的光柵結構處理后得到的橫向光線改變方向，使一部分橫線光線 改變方向后入射至電流擴散層靠近PN結一側的光柵結構，經光柵結構處理后，上述一部分橫向光線射出發(fā)光二極管芯片；另一部分橫向光線改變方向后入射至發(fā)光二極管芯片界面，若入射光線大于臨界角，則發(fā)生全反射，電流擴散層兩側面的粗糙化處理部件及電流擴散層靠近PN結一側的光柵結構繼續(xù)處理該入射光線，若入射光線小于臨界角，則該入射光線射出發(fā)光二極管芯片。經上述處理過程后，可改變發(fā)光二極管芯片內部經電流擴散層靠近PN結一側的光柵結構處理后得到的橫向光線的方向，使上述部分橫向光線射出發(fā)光二極管芯片，有效提高了發(fā)光二極管芯片的發(fā)光效率。本發(fā)明實施例中，粗糙化處理的方法有多種，包括自然光刻法，以及在發(fā)光二極管芯片電流擴散層的側面放置Pt薄膜，經900攝氏度高溫預處理后使Pt變形得到球形，對該球形做掩膜并用腐蝕法進行處理。若在發(fā)光二極管的電流擴散層的兩側面分別制作光子晶體，即在發(fā)光二極管的電流擴散層的兩側面分別制作周期分布二維光子晶體光學微腔。由于光子晶體在一定的波段范圍內時光線的禁區(qū)，不允許光在該波段范圍內存在，因此，當波長處于該波段范圍內的光線入射時，就會發(fā)生全反射。在發(fā)光二極管的電流擴散層的兩側面上分別制作排列和形狀合理的光子晶體，可以改變上述橫向光線的方向，從而有效提升發(fā)光二極管芯片的電流擴散層中橫向光線射出發(fā)光二極管芯片的效率，提高發(fā)光二極管芯片的發(fā)光效率。采用本發(fā)明技術方案，可以有效提高發(fā)光二極管芯片的發(fā)光效率，發(fā)光二極管芯片的發(fā)光效率可以提聞至10%以上。綜上所述，本發(fā)明實施例中，上述發(fā)光二極管芯片包括基底；PN結，其位于基底的一側并包括P型半導體層和N型半導體層；P型電極、N型電極和電流擴散層，該P型電極、N型電極和電流擴散層位于上述PN結上；還包括反射層，位于上述基底的另一側；光柵，位于上述電流擴散層靠近PN結的一側。采用本發(fā)明技術方案，制作工藝簡單，通過改變發(fā)光二極管芯片內部光線的方向有效提高了發(fā)光二極管芯片的發(fā)光效率。顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種發(fā)光二極管芯片，包括 基底； PN結，其位于基底的一側并包括P型半導體層和N型半導體層； P型電極、N型電極和電流擴散層，所述P型電極、N型電極和電流擴散層位于所述PN結上； 其特征在于，還包括 反射層，位于所述基底的另一側； 光柵，位于所述電流擴散層靠近PN結的一側。
2.如權利要求I所述的發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述發(fā)光二極管芯片還包括光線方向改變部件，所述光線方向改變部件位于所述電流擴散層的側面。
3.如權利要求2所述的發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述光線方向改變部件包括 經過粗糙化處理的部件；或者，光柵；或者，光子晶體。
4.如權利要求I所述的發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述反射層為金屬層。
5.如權利要求4所述的發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述金屬層上設有多個曲率半徑為微米級的凹面鏡或凸面鏡。
6.如權利要求I所述的發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述光柵采用金屬制作，所述光柵的光柵常數為10納米 19納米。
7.一種發(fā)光二極管芯片的制作方法，其特征在于，包括 在基底的一側上形成包括P型半導體層和N型半導體層的PN結的步驟； 在所述PN結上形成P型電極和N型電極的步驟； 在所述PN結上形成電流擴散層的步驟； 在所述基底的另一側上形成反射層的步驟； 在所述電流擴散層上制作光柵結構的步驟。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，還包括 在所述電流擴散層的側面制作光線方向改變部件的步驟。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述在電流擴散層的側面制作光線方向改變部件的步驟包括 在所述電流擴散層側面進行粗糙化處理；或者， 在所述電流擴散層側面制作光柵結構；或者， 在所述電流擴散層側面制作光子晶體。
10.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述反射層為金屬層。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在于， 在所述基底的另一側上形成反射層的步驟包括在所述金屬層上制作多個曲率半徑為微米級的凹面鏡或凸面鏡。
12.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述光柵結構采用金屬制作，所述光柵結構的光柵常數為10納米 19納米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)光二極管芯片及其制作方法，用以解決現有技術中存在的發(fā)光二極管芯片發(fā)光效率低的問題。上述發(fā)光二極管芯片包括基底；PN結，其位于基底的一側并包括P型半導體層和N型半導體層；P型電極、N型電極和電流擴散層，該P型電極、N型電極和電流擴散層位于上述PN結上；還包括反射層，位于上述基底的另一側；光柵，位于上述電流擴散層靠近PN結的一側。采用本發(fā)明技術方案，制作工藝簡單，通過改變發(fā)光二極管芯片內部光線的方向有效提高了發(fā)光二極管芯片的發(fā)光效率。
文檔編號H01L33/02GK102903820SQ201210345678
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月17日 優(yōu)先權日2012年9月17日
發(fā)明者馬若玉, 張元波 申請人:京東方科技集團股份有限公司