[发明专利]一种发光二极管芯片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光二极管芯片及其制造方法，特别涉及一种以砷化镓材料为衬底的发光二极管芯片及其制造方法。

背景技术

发光二极管是利用半导体材料所制造而成的发光元件，是一种可将电能直接转化为光能的固态光源。半导体发光二极管具有高可靠性、高效率、长寿命、全固体化、耗电少、反应迅速等优点，在大屏幕显示、交通信息指示剂一般光学显示和指示领域具有巨大的应用市场。

现在红黄光LED芯片大都采用在砷化镓衬底上生长AlGaAs外延层或者AlInGaP外延层的工艺制得。外延层生长在砷化镓衬底上，由于晶格匹配，容易生长出较好的材料，但缺点就是砷化镓的吸光系数非常大，外延层发出的光容易被砷化镓衬底吸收，降低LED芯片的出光效率。

为了降低砷化镓衬底对光的吸收，现在主要采用在砷化镓衬底100与发光外延层200之间添加布拉格反射镜201或将砷化镓衬底全部移除两种方式。其中，布拉格反射镜201厚度为反射光波长的半波长厚度，且只对沿着布拉格反射镜201法线方向入射的光起反射作用，但是对斜入射的光却不能起到有效地反射作用，斜入射的光将会穿过布拉格反射镜201仍然被砷化镓衬底100吸收；另一种方式为采用倒装芯片生产工艺，将已生长好的外延层转移到另外的光吸收系数小的衬底材料上，然后将原来的砷化镓衬底全部移除，虽然这种生产工艺可以彻底解决砷化镓衬底光吸收的影响，但是该工艺过程复杂，更换衬底会降低芯片的强度，同时在转换衬底过程中极易损坏生长好的外延层200，成品率降低，还因增加了生产工序而大大提高了生产成本。

中国专利CN2749055Y中，公布了一种在砷化镓衬底上制作多个镂空区域，并均匀分布在砷化镓衬底上的芯片制造方法。如该专利所述，这些镂空区域是均匀分布在砷化镓衬底上的空心圆柱结构，并且该区域上蒸镀有金属反射层。该方法仍然存在许多问题，首先，镂空区域均匀所在的位置均匀分布在砷化镓衬底上，因为生产芯片过程中，需要在砷化镓衬底下层制作电极，而在封装过程中，该芯片底部需要使用银胶固定在支架上，所以射入该区域的光线仍然将会被吸收；其次，虽然该方法只采取部分移除砷化镓衬底，但是仍然会降低衬底对上部结构的支撑作用，进而降低芯片的强度；再次，分立的圆柱形状的镂空区域其制造工艺难度很大，难以实现产业化量产。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种在芯片侧面移除部分砷化镓衬底来制作一个填充区域，然后使用透明填充材料对该区域进行填充的发光二极管芯片。

一种发光二极管芯片，其结构包括：砷化镓衬底100、发光外延层200、第一电极301和第二电极302。砷化镓衬底100存在一个填充区域101，该填充区域101处在芯片侧面边缘位置，环绕砷化镓衬底100四周，该区域上部与发光外延层200接触。填充区域101纵向高度为砷化镓衬底100高度的15％-100％，该填充区域的纵向高度越大，芯片出光效率的提升越明显。填充区域101横向宽度为芯片总宽度的10％-35％，横向宽度越大，芯片出光效率的提升越明显。此外，填充区域101内存在填充物质，填充物质为二氧化硅、氮化硅、BCB苯并环丁烯、环氧树脂、硅胶或石蜡等透明介电材料，本专利优选材料为环氧树脂。不同的发光外延层200在发光结构和发光波长上可以存在差别，其结构自下而上可以为量子阱发光层203、P型半导体窗口层205，也可以为N型限制层202、量子阱发光层203、P型限制层204、P型半导体窗口层205，还可以为N型电流扩展层206、N型限制层202、量子阱发光层203、P型限制层204、P型半导体窗口层205，或者其他发光结构，但该发光外延层200都是LED芯片的主要发光结构，主要作用就是产生光子。

上述发光二极管芯片，由于制作了填充区域101，可以减少砷化镓衬底100与发光外延层200的接触面积，即减少了吸收光线结构所占面积，使得原本射向衬底方向的光线经由填充区域101从侧面射出，减少了光线被吸收的现象，提高了半导体发光二极管芯片的出光效率。虽然对衬底进行了部分腐蚀造成了空白区域，但是后又使用透明填充材料对该区域进行填充，所以可以将对芯片强度基本无影响。

一种发光二极管芯片的制造方法，具体步骤如下：

a提供一砷化镓衬底100；

b在砷化镓衬底100上生长发光外延层200并在上表面制作第一电极301；

c采用研磨工艺降低砷化镓衬底100厚度；

d形成第二电极302于研磨后的砷化镓衬底100表面；

e使用粘结材料401，将第二电极302与临时基板400牢固粘结；