氮化镓基发光二极管芯片及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种氮化镓基发光二极管芯片，该芯片包括衬底，在衬底的底面蒸镀有反射膜，该反射膜包括电介质反射膜和金属反射膜，电介质反射膜蒸镀在衬底和金属反射膜之间；本发明专利技术还提供该氮化镓基发光二极管芯片的制作方法，包括：将芯片的衬底减薄，再在该衬底的底面蒸镀上述反射膜，提高氮化镓基发光二极管芯片的光取出效率；该制作方法还可包括以下步骤：在上述反射膜的底面蒸镀散热层，或者在衬底和反射膜的周围以及反射膜的底面电镀散热层，以提高该发光二极管的稳定性，最终提高其外部发光效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体
，特别涉及一种氮化镓基发光二极管芯片及其 制作方法。
技术介绍
氮化镓基发光二极管芯片一般在制作与使用过程中会面临下面的问题氮 化镓基发光二极管芯片的光取出效率低，而影响光取出效率主要有两个方面的 原因 一种是由于反射材料对光的吸收；另一种是光在穿过不同介质时产生全 反射。为解决反射材料对光的吸收这一问题，常规的方法是，如图l所示，通过 光刻、蚀刻、剥离、蒸镀、合金等一系列常规的半导体微加工技术将氣化镓基 外延片制作成1000pmx lOOOiam的蓝光大功率氮化镓基发光二极管芯片，并将 氮化镓基发光二极管芯片的蓝宝石衬底1减薄至80 100pm,然后在其衬底底 面蒸镀金属反射膜8。该常规方法制作的芯片的结构包括蓝宝石衬底1、 N型 GaN层2、有源层3、 P型GaN层4、透明导电层5、 P电极6、 N电极7以及 金属反射膜8，该金属反射膜8 —般由金属银或金属铝制成，用日立公司生产 的型号为HITACHI U-4001的光谱仪测试该反射膜的反射率，其反射率只有73% 左右(如图7所示)，仍然不能很好地解决光被反射材料吸收这一问题，因而其 光取出效率比较低，最终导致氮化镓基发光二极管的外部发光效率也较低，如 图IO所示，曲线1为常规方法制作的lOOO^mx 1000pm的蓝光大功率的氮化 镓基发光二极管的Iv-I曲线，在注入正常工作电流I为0.35A时，其发光强度 Iv仅约为750mcd。
技术实现思路
有鉴于此，为了解决现有技术中存在的光被反射材料吸收而导致氮化镓基 发光二极管的外部发光效率低的问题，本专利技术的主要目的在于提供一种氮化镓 基发光二极管芯片及其制作方法，以提高氮化镓基发光二极管芯片的光取出效 率，最终提高氮化镓基发光二极管的外部发光效率。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的该氮化镓基发光二极管芯片，包括衬底，该衬底的厚度为60 130pm，衬 底的底面设有反射膜，该反射膜包括电介质反射膜和金属反射膜，该电介质反 射膜设在所述衬底的底面，该金属反射膜设在电介质反射膜的底面。其中，该电介质反射膜为全方向反射镜或分布式布拉格反射镜，金属反射 膜为铝。全方向反射镜、分布式布拉格反射镜都为在衬底底面依次交替设置的二氧 化钛/二氧化硅的组合。全方向反射镜中二氧化钛、二氧化硅的层数都为3层， 且二氧化钛、二氧化硅的厚度都为40~60埃；分布式布拉格反射镜中二氧化钛 的层数为4层，二氧化硅的层数为3层。衬底的厚度可为80~105|am，铝的厚度可为1000 5000埃。 此外，反射膜的底面设有散热层，该散热层为铜或金锡合金，且其厚度为 腦00 30000埃。另外，衬底和反射膜的周围以及金属反射膜的底面也可设有散热层，该散 热层为铜，且其厚度为100~200pm。制作上述氮化镓基发光二极管芯片的方法，包括下述步骤(a) 将氮化镓基外延片制作成氮化镓基发光二极管芯片，并将该芯片的衬 底减薄至厚度为60~130nm;(b) 在上述衬底的底面设置电介质反射膜，在电介质反射膜的底面设置金 属反射膜。其中，电介质反射膜以蒸镀的方式设置在衬底的底面，金属反射膜以蒸镀的方式设置在电介质反射膜的底面。上述方法还可包括下述步骤(c)在上述反射膜的底面蒸镀散热层。上述方法也可包括下述步骤(c )在上述衬底和反射膜的周围以及反射膜的底面电镀散热层。 公知的， 一维光子晶体是由两种折射系数不同的材料交替排列组成，光子 晶体的最根本特征是具有光子能隙，频率落在能隙范围内的光不能透过该光子 晶体。基于光子晶体这一特征，本专利技术在衬底的底面蒸镀具有全方向反射镜的 反射膜或者具有分布式布拉格反射镜的反射膜，具有全方向反射镜结构的反射 膜可以使可见光范围内的大部分的光均有较高的反射率，而具有分布式布拉格 反射镜结构的反射膜可以使特定波长范围内的光具有高的反射率。与现有技术相比，本专利技术所述的氮化镓基发光二极管芯片，由于釆用了电 介质反射膜与金属反射膜的组合，可更好地降低反射材料对光的吸收，因而使 光经过反射膜的反射后可以更多地从氮化镓基发光二极管芯片的表面取出，从 而提高了芯片的光取出效率，也即提升了发光二极管的外部发光效率。另外， 本专利技术制作的具有高散热系数的散热层不仅可以有效地将发光二极管产生的热 能导出，使其PN结的结温不至于过高，提升了发光二极管的稳定性，而且同 时热能的有效导出还可以提升其内部量子效率的转换，从而进一步提升了其外 部发光效率。附图说明图1为常规方法制作的具有金属反射膜的发光二极管芯片的结构示意图2为本专利技术氮化镓基发光二极管芯片的制作流程图3为本专利技术氮化镓基发光二极管芯片的结构示意图4为本专利技术氮化镓基发光二极管芯片的结构示意图5为本专利技术氮化镓基发光二极管芯片的结构示意图6为本专利技术氮化镓基发光二极管芯片的结构示意图7为常规方法制作的金属反射膜的反射率曲线图； 图8为本专利技术制作的芯片的具有全方向反射镜的反射膜的反射率曲线图； 图9为本专利技术制作的芯片的具有分布式布拉格反射镜的反射膜的反射率曲 线图10为本专利技术制作的氮化镓基发光二极管与常规方法制作的氮化镓基发 光二极管的Iv-I曲线对比图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作详细的说明。 本专利技术所述的氮化镓基发光二极管芯片，包括衬底，衬底的底面蒸镀有反射膜，该反射膜包括电介质反射膜、金属反射 膜。电介质反射膜为全方向反射镜或分布式布拉格反射镜。金属反射膜为A120 (如图3所示)。全方向反射镜的结构顺序由上到下依次为二氧化钛18/二氧化 硅19/二氧化钬18/二氧化硅19/二氧化钛18/二氧化硅19 (如图3所示)，且二 氧化钛18、 二氧化硅19的厚度分别为40~60埃；分布式布拉格反射镜的结构 顺序由上到下依次为二氧化钛18/二氧化硅19/二氧化钛18/二氧化硅19/二氧化 钛18/二氧化硅19/二氧化钛18 (如图4所示)。请参照图2，上述产品的制作方法，包括下述步骤(1) 利用光刻、蚀刻、剥离、蒸镀、合金等一系列常规的半导体微加工技 术将氮化镓基发光二极管外延片制成lOOO(amx 1000pm的蓝光大功率氮化镓基 发光二极管芯片，其结构包括蓝宝石衬底11、 N型GaN层12、有源层13、 P 型GaN层14、透明导电层15、 P电极16和N电极17 ;(2) 利用研磨、抛光工艺技术将蓝宝石衬底11减薄至60 130pm,清洗芯 片的表面将杂质去除，并采用高温烘烤的方式对芯片进行干燥；(3) 使用电子束蒸镀机以0.5A/s的镀率在蓝宝石衬底11的底面依次蒸镀 Ti0218/Si0219/Ti0218/Si0219/Ti0218/Si0219,形成全方向反射镜，每层Ti0218、 Si0219的膜厚均为40 60埃，再以3A/s的镀率在最底层的Si0219的底面蒸镀1000 5000埃的金属A120,形成由全方向反射镜与A120组成的反射膜；用曰立 公司生产的型号为HITACHI U-4001的光谱仪测试该反射膜的反射率，其结果 如图8所示，具有全方向反射镜的反射膜可以使可见光范围内的大部分的光均 有较好的反射率，反射率均在97%左右；或者，(3)使用电子束蒸镀机以lA/s的镀率在蓝宝石衬底11的底面依次 蒸镀T本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化镓基发光二极管芯片，包括衬底，所述衬底的厚度为６０～１３０μｍ，所述衬底的底面设有反射膜，其特征在于，所述反射膜包括电介质反射膜和金属反射膜，该电介质反射膜设在所述衬底的底面，该金属反射膜设在电介质反射膜的底面。

【技术特征摘要】
1、一种氮化镓基发光二极管芯片，包括衬底，所述衬底的厚度为60～130μm，所述衬底的底面设有反射膜，其特征在于，所述反射膜包括电介质反射膜和金属反射膜，该电介质反射膜设在所述衬底的底面，该金属反射膜设在电介质反射膜的底面。2、 根据权利要求l所述的氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于，所述电 介质反射膜为全方向反射镜或分布式布拉格反射镜。3、 根据权利要求2所述的氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于，所述全 方向反射镜、分布式布拉格反射镜都为在衬底底面依次交替设置的二氧化钛/ 二氧化硅的组合。4、 根据权利要求3所述的氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于，所述全 方向反射镜中二氧化钛、二氧化硅的层数都为3层，且二氧化钛、二氧化硅的 厚度都为40 60埃；所述分布式布拉格反射镜中二氧化钛的层数为4层，二氧 化硅的层数为3层。5、 根据权利要求4所述的氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于，所述金 属反射膜为铝。6、 根据权利要求5所述的氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于，所述衬 底的厚度为80 105|im，所述铝的厚度为1000 5000埃。7、 根据权利要求l、 2、 3、 4、 5或6所述的氮化镓基发光二极管芯片，其 特征在于，所述金属反射膜的底面设有散热层。8、 根据权利要求7所述的氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于，所述散 热层为铜或金锡合金，且其厚度为10000 30000埃。9、 根据权利要求1、 2、 3、 4、 5或6所述的氮化镓基发光二极管芯片， 其特征在于，所述衬底和反射膜的周围以及金属反射膜的底面设有散热层。10、 根据权利要求9所述的氮化镓基...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国聪，王孟源，
申请(专利权)人：普光科技广州有限公司，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]