[发明专利]氮化镓基发光二极管芯片及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别涉及一种氮化镓基发光二极管芯片及其制作方法。

背景技术

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1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氮化镓基外延片制作成1000μm×1000μm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80～100μm，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8一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10所示，曲线1为常规方法制作的1000μm×1000μm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。

发明内容

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，本发明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，本发明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60～130μm，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80～105μm，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10000～30000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100～200μm。

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60～130μm；

(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，本发明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，本发明所述的氮化镓基发光二极管芯片，由于采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，本发明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。