CN100573933C - 一种半导体芯片 - Google Patents
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Abstract
一种半导体芯片，包括N极区域、P极区域，以及N极区域与P极区域之间的电子-空穴复合区域，其特征在于，各电极设有两个或两个以上可供引线的电极部位。这种半导体芯片可用于大功率发光二极管芯片和其它半导体器件的制备，即不限于在LED领域的应用，还可用作IC上的大功率芯片、激光二极管(LD)、紫外探测器、各种其它晶体管器件等。由于设置有多个电极部位，因此克服了以往由于引线不当造成芯片性能下降或报废的问题，提高了芯片的可靠性和工作电流的均匀性，并因此提高了发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件，具体涉及半导体大芯片结构，更具体地说，涉及一种可制备大功率发光二极管的半导体芯片，这种芯片有两个或以上的数量的N电极引线部位和P电极引线部位，并且电极设置成可提供更高的发光效率。
背景技术
随着以氮化镓及其化合物为代表的“第三代”半导体技术的发展，以氮化镓及其化合物为基的蓝绿光以及白光LED在光电显示等领域中的应用越来越广泛，LED在白光照明、交通灯显示、三基色全彩色显示、IC等各种领域中的应用越来越多。随着技术的发展，已经有蓝绿光LED及白光LED用于显示用途及部分照明用途。但客观上需要有更高亮度的LED芯片，以满足照明和其它方面应用的要求。在本申请人于2003年申请的中国发明专利“一种可制备大功率发光二极管的半导体芯片”(专利申请号03126942.7)和实用新型“一种可制备大功率发光二极管的半导体芯片”(专利申请号03247547.0)中，已经提出了这种类型的可制备大功率发光二极管的半导体芯片结构，这两个专利通过引用而结合于本文中。
现有技术存在的问题在于，由于目前大芯片的价格特别是短波段LED大芯片的价格较高，因此如果芯片在后续的封装过程中受到损坏，特别是如果芯片电极部位受到损坏的话，那么这种损坏将是不可接受的。然而，在国内目前的封装厂商中，绝大多数都是采用手工封装的模式。实践证明，在点晶、焊线等工序中，很容易造成芯片电极部位的损坏，如划伤、焊接不牢、烧坏电极等，这会造成芯片的各项性能指标下降，严重时会造成芯片报废，这对于厂商而言是不可接受的。另外，由于大芯片的体积较大，很容易造成芯片工作时的电流密度不均匀，从而导致电子-空穴复合区域的电流密度分布不均匀，使得整个芯片的发光效率难于提高。
因此，为了解决上述问题，客观上需要有这样的一种芯片，它的P电极部位、N电极部位中的每一个都具有两个或以上的数目，这样，如果在封装过程中造成电极部位损坏的话，可以使用另外的冗余电极部位，而不至于造成芯片的报废。同时，这种电极的设置还可以保证整个芯片的工作电流密度分布更均匀，从而提高发光亮度，改善发光效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何提供一种新结构的半导体芯片，各电极均可以提供两个或以上的电极部位，并可提高芯片工作电流密度分布的均匀性。其中，大尺寸的芯片的尺寸可设计成大约24密耳左右或40密耳左右，使得所得到LED功率更大，但大芯片尺寸也可以制作成更大或更小。同时，芯片的电极设计成保证在N电极部位或P电极部位受到损坏时，还有其他的相应电极部位可供使用；同时电极的布置还可以使得电流密度分布更加均匀，从而提高发光效率。
本发明上述技术问题这样解决，构造一种可制备大功率发光二极管的半导体芯片，包括N极区域、P极区域，以及N极区域与P极区域之间的电子-空穴复合区域，其特征在于，设有多条位于N极区域与P极区域之间且贯穿或部分地深入电子-空穴区域的用于散热和出光的开口。同时，将N电极和P电极各自设置成包括两个或以上的电极部位，并且各电极的布置可以使得芯片的工作电流密度分布更加均匀。
在按照本发明提供的半导体芯片中，包括N电极、P电极、N极区域、P极区域，以及N极区域与P极区域之间的电子-空穴复合区域，其特征在于，所述N电极设有两个或多个N电极部位，所述P电极设有两个或多个P电极部位。
在按照本发明提供的芯片中，所述N电极(104)设置在N极区域(101)的一条边缘上，所述N电极(104)的N电极部位(104A)和(104B)分别设置在所述边缘的两端，所述N电极部位(104A)和(104B)是所述N电极(104)的组成部分。
在按照本发明提供的芯片中，所述N电极部位(104A)、(104B)的形状为圆形、扇形或弧形等。
在按照本发明提供的芯片中，所述P电极(105)设置在所述P极区域(103)上的与所述N电极部位(104A)和(104B)所处边相平行的另一条边缘上，其中所述P电极(105)的所述P电极部位(105A)和(105B)分别设置在此边缘的两端。
在按照本发明提供的芯片中，所述P电极部位(105A)和(105B)的形状为圆形、扇形或弧形等。
在按照本发明提供的芯片中，还包括衬底(100)，所述N极区域(101)、P极区域(103)在所述衬底(100)的同一侧，其中，N极区域(101)较靠近衬底(100)，P极区域(103)较远离衬底(100)，在所述N极区域(101)上设有N电极(104)，在所述P极区域(103)上设有P电极(105)，所述开口是开通于N极区域(101)并穿过或部分地深入到电子-空穴区域(102)而延伸到P极区域(103)或开通于P极区域(103)并穿过或部分地深入到电子-空穴区域(102)而延伸到N极区域(101)的开口(106)。
在按照本发明提供的芯片中，所述衬底(100)是适合于生长氮化镓及其化合物的材料。
在按照本发明提供的芯片中，所述衬底(100)采用氮化镓单晶、单晶硅、蓝宝石(α-Al2O3)单晶、二氧化硅单晶、碳化硅(SiC)单晶中的一种，通过光刻、蒸镀、离子溅射方法在N极区域(101)形成所述N电极(104)，同样，通过光刻、蒸镀、离子溅射方法在P极区域(103)上制作所述P电极(105)。
在按照本发明提供的芯片中，所述衬底(100)采用蓝宝石单晶，所述N电极(104)和所述P电极(105)的制作材料是金、镍、银、铜或其合金，所述电子-空穴复合区域(102)是单异质结、双异质结、单量子阱或多量子阱的结构。
在按照本发明提供的芯片中，所述电子-空穴复合区域(202)设在N极区域(201)、P极区域(203)之间，在N极区域(201)上设有N电极(204)，在P极区域(203)上设有P电极(205)。
在按照本发明提供的芯片中，将整个N极区域(201)设置成N电极(204)，或将整个P极区域(203)设置成P电极(205)。
在按照本发明提供的芯片中，所述N电极(104)和所述P电极(105)的制作材料是金、镍、银、铜或其合金，所述电子-空穴复合区域(102)是单异质结、双异质结、单量子阱或多量子阱的结构。
实施本发明提供的半导体芯片，可用于大功率发光二极管芯片和其它半导体器件的制备，即不限于在LED领域的应用，还可用作IC上的大功率芯片、激光二极管(LD)、紫外探测器、各种其它晶体管器件等。由于各电极分别设置了两个或多个电极部位，因此生产出来的半导体器件更加可靠，工作电流分布更加均匀，发光亮度和发光效率更高。另外，由于可以设置开口，因此可有效克服了由于芯片尺寸大带来的发热大、出光率低并且散热效果不佳的问题，从而使生产出的半导体器件(例如LED)的性能更加稳定，并且也有助于进一步提高发光亮度和功率。
附图说明
通过下文中对实施例的详细介绍并参考附图，可以更好地理解本发明。为了清楚起见，在各个设有开口的实施例的图中只显示了一个开口，但本领域的技术人员可以理解，根据需要可以设置一个或以上的开口。在附图中：
图1和图2分别是根据本发明的半导体芯片的一个实施例的立体透视图及顶视图，其中示意性地显示了芯片整体构造，包括同面电极、电极部位和开口，其中该大芯片结构中包括有衬底；
图3和图4分别是根据本发明的半导体芯片的另一实施例的立体透视图及顶视图，其中示意性地显示了芯片整体构造，包括同面电极、电极部位，其中该大芯片结构中除去了衬底；
图5和图6分别是根据本发明的半导体芯片的另一实施例的立体透视图及顶视图，其中示意性地显示了芯片整体构造，包括异面电极、电极部位，其中该大芯片结构中除去了衬底；
图7和图8分别是根据本发明的半导体芯片的另一实施例的立体透视图及顶视图，示意性地显示了芯片整体构造，包括同面电极、电极部位。其中该大芯片结构中包括有衬底，但未设置开口。
具体实施方式
在进一步介绍本发明之前，应当理解，由于可以对特定实施例进行修改，因此本发明并不限于下述的特定实施例。还应理解，由于本发明的范围只由所附权利要求限定，因此所采用的用语只是用于介绍这些特定实施例，而不是限制性的。除非另有说明，否则这里所用的所有技术和科学用语与本领域的普通技术人员所普遍理解的意义相同。另外，必须注意到，除非上下文中另有清晰的说明，否则在本文中及所附权利要求中使用的单数形式比如“一个”、“此”和“这个”等均包括了复数形式的含义在内。
在按照本发明的半导体芯片，用语“电极部分”指的是该电极中特意制作成适合于引线(焊线)的部位，例如在图1中N电极104包括N电极部位104A和104B。
按照本发明的半导体芯片，可以是大致长方形、正方形、菱形或其它任何合适的形状，从电极制作的分布来看，可以有同面电极和异面电极。其中，采用同面电极时，靠近衬底的是N极区域，远离衬底的部分为P极区域，在N极区域与P极区域之间设有电子-空穴复合区域，N电极设置在N极区域上，P电极设置在P极区域上。在N电极和P电极上各自设置有两个或多个电极部位，以保证引线(焊线)的可靠性，同时可使芯片的工作电流分布更加均匀。另外，在大芯片上还可以设有一条或多条开口于大芯片表面(即P极区域)的开口，所述开口穿过电子-空穴复合区域延伸到N极区域。另一方面，采用异面电极，在大芯片的一面设有N极，而相反的一面设有P极，在N极与P极之间设有电子-空穴复合区域，，在N极区域和P极区域上各自设置有两个或多个电极部位，以保证引线(焊线)的可靠性，同时可使芯片的工作电流分布更加均匀。在大芯片上可设有一条或多条开口，此开口可开通于P极区域并穿过或部分地深入到电子-空穴区域而延伸到N极区域，或者此开口可开通于N极区域并穿过电子-空穴区域而延伸到P极区域。上述的开口可以是适合于散热和/或出光的任何形状或尺寸。当然，根据需要，也可不设置任何开口。
需要特别指出的是，本文中所指的大芯片除了可以用作发光二极管(LED)用途之外，还可以用于其它用途例如制作各类IC功率器件、紫外探测器、激光二极管等等。
下面将参考附图来介绍本发明，在这些附图中，类似的部件由类似的标号来表示。
实施例一
图1和图2分别是根据本发明的半导体芯片的一个实施例的立体透视图及顶视图，其中示意性地显示了芯片整体构造，包括同面电极、电极部位和开口，其中该大芯片结构中包括有衬底；
该芯片包括衬底100、N极区域101、电子-空穴复合区域102、P极区域103。在N极区域101上设有N电极104，在P极区域103上设有P电极105。其中，衬底100可以是适合于生长氮化镓及其化合物的任何适当的材料，例如氮化镓单晶、单晶硅、蓝宝石(α-Al2O3)单晶、二氧化硅单晶、碳化硅(SiC)单晶等等，其中蓝宝石单晶是优选的衬底材料。可以通过任何适当的方法在N极区域101上制作N电极104，例如光刻、蒸镀、离子溅射等等。N电极104可设在N极区域101上的任何位置，但优选设置在N极区域101的一条边缘上，其中N电极104的两个N电极部位104A和104B分别设置在此边缘的两端，N电极部位104A和104B是N电极104的组成部分，其形状优选为适合于引线的任何形状，例如圆形、半圆形、扇形、弧形等等。。当然，N电极也可以是适合于电流密度均匀分布的任何其它形状，例如可延伸到N极区域101内的任意位置。同样，也可以通过任何适当的方法如光刻、蒸镀、离子溅射等在P极区域103上制作P电极105。P电极105可设在P极区域103上的任何位置，但优选设置在P极区域103上的与N电极部位104A和104B所处边相平行的另一条边缘上，其中P电极105的两个P电极部位105A和105B分别设置在此边缘的两端，P电极部位105A和105B是P电极105的组成部分，其形状优选为适合于引线的任何形状，例如圆形、半圆形、扇形等等。N电极。当然，P电极也可以是适合于电流密度均匀分布的任何其它形状，或者延伸到P极区域的整个区域。制作N电极和P电极的材料可以是金、镍、银、铜等，或者它们的合金。
应当指出的是，在该实施例中各电极仅显示了两个电极部位，但各电极根据需要也可以设置两个以上的电极部位。
在N极区域101与P极区域103之间设有电子-空穴复合区域102，电子与空穴的复合在该区域中发生。电子-空穴复合区域102可以是单异质结、双异质结、单量子阱或多量子阱的结构，但优选多量子阱的结构。
在P极区域103上设有一个或多个开口106，这些开口106于P极区域103上是敞开的，并穿过电子-空穴复合区域102而延伸到N极区域101。但开口106不贯穿(或者最好不贯穿)N极区域101而延伸到衬底100，因为这会使N极区域101被开口106分开而可能导致通电后N极区域101的电流密度分布不均匀，从而可能导致发光亮度不均匀。开口可以是适合于散热和/或出光的任何其它形状及尺寸。可以通过任何适当的方法来形成开口106，包括但不限于光刻法、等离子刻蚀、化学刻蚀、机械刻蚀等等。
所述开口106不限于本实施例中所示的形状，而可以是便于散热和/或出光的任何形状和构造，例如其剖面形状为三角形开口、一个或多个阶梯形的开口、弧形开口(、梯形开口和矩形开口等等，还可制作成点状、凹窝状、折线状、曲线状、螺旋状等等，这些开口可以延伸或者不延伸到大芯片的边缘，但这些开口最好延伸至贯穿电子-空穴复合区域的深度，以便于更大程度的散热和/或出光。这些开口的形状和设置在本发明人于2003年申请的中国发明专利“一种可制备大功率发光二极管的半导体芯片”(专利号ZL03126942.7)中有详细的介绍，该发明专利通过引用结合于本文中。
实施例二
图3和图4分别是根据本发明的半导体芯片的另一实施例的立体透视图及顶视图，其中示意性地显示了芯片整体构造，包括同面电极、电极部位，其中该大芯片结构中除去了衬底；其中大芯片结构包括N极区域201、电子-空穴复合区域202、P极区域203。在N极区域201上设有N电极204，在P极区域203设有P电极205。其中N电极204设有N电极部位204A和204B，P电极205设有P电极部位205A和205B。
该实施例的大芯片结构的设置与实施例一中的大芯片结构的设置类似。但此实施例与以上实施例一中的半导体芯片的结构不同点之一在于，此实施例中没有衬底，这样就便于大芯片更好地散热和/或出光。可通过任何适当的方式来除去衬底，包括化学减薄、机械研磨减薄等等。
实施例三
图5和图6分别是根据本发明的半导体芯片的另一实施例的立体透视图及顶视图，其中示意性地显示了芯片整体构造，包括同面电极、电极部位，其中该大芯片结构中除去了衬底；其中大芯片结构包括N极区域301、电子-空穴复合区域302、P极区域303。在N极区域301上设有N电极304，在P极区域303设有P电极305。其中N电极304设有N电极部位304A和304B，P电极305设有P电极部位305A和305B。
N电极该实施例的大芯片结构的设置与实施例二中的大芯片结构的设置相类似。但是，此大芯片结构的电极设置为异面电极，即N电极和P电极设置在相反的两面上。
另外，由于此大芯片结构的特殊性，或者出于工艺实现的便利性，可以将N电极304和/或P电极305设置成其它合适的形状，例如将整个N极区域301设置成N电极304，或者将整个P极区域303设置成P电极305。
P极区域303的一个或多个开口306可开口于P极区域303，并穿过电子-空穴复合区域302而延伸到N极区域301。或者，也可将这些开口306设置成开口于N极区域301，并从N极区域301穿过电子-空穴复合区域302而延伸到P极区域303。
实施例四
图7和图8分别是根据本发明的半导体芯片的另一实施例的立体透视图及顶视图，示意性地显示了芯片整体构造，包括同面电极、电极部位。其中该大芯片结构中包括有衬底，但未设置开口。
其中大芯片结构包括N极区域401、电子-空穴复合区域402、P极区域403。在N极区域401上设有N电极404，在P极区域403设有P电极405。其中N电极404设有N电极部位404A和404B，P电极405设有P电极部位405A和405B。
该实施例的大芯片结构的设置与实施例一中的大芯片结构的设置相同。其区别在于，该大芯片结构没有设置开口。
通过以上介绍对本发明进行了一个比较全面的介绍。但应该注意的是，虽然本发明适于用作发光二极管(LED)的芯片，但本发明不限于在LED领域的应用，而是可以用作IC上的大功率芯片、激光二极管(LD)、紫外探测器、各种其它晶体管器件等。
因此应理解，本发明除了以上进行特定介绍的这些实施例之外，也可以有其它的实施应用。因此，本发明所介绍的实施例应被视为说明性的和非限制性的，在不脱离本文所公开的本发明范围的前提下，根据本发明的大芯片也可采用其它的设置、构造和应用。本发明的范围只由所附权利要求来限定。
Claims (11)
1、一种半导体芯片，包括N电极(104)、P电极(105)、N极区域(101)、P极区域(103)，以及N极区域(101)与P极区域(103)之间的电子-空穴复合区域，所述N电极(104)有两个或两个以上N电极部位，所述P电极(105)有两个或两个以上P电极部位(105A、105B)；其特征在于，
所述N电极(104)设置在N极区域(101)的一整条边缘上，所述N电极(104)的N电极部位(104A、104B)分别设置在所述一整条边缘的两端，所述N电极部位(104A、104B)是所述N电极(104)的组成部分；并将整个P极区域设置成P电极；或者，
所述P电极(105)设置在所述P极区域(103)上的与所述N电极部位(104A、104B)所处边相平行的另一整条边缘上，其中所述P电极(105)的所述P电极部位(105A、105B)分别设置在此一整条边缘的两端；并将整个所述N极区域设置成N电极；
所述芯片还包括衬底(100)，所述N极区域(101)、P极区域(103)在所述衬底(100)的同一侧，其中，N极区域(101)较靠近衬底(100)，P极区域(103)较远离衬底(100)，并设有开通于N极区域(101)并穿过或部分地深入到电子-空穴区域(102)而延伸到P极区域(103)或开通于P极区域(103)并穿过或部分地深入到电子-空穴区域(102)而延伸到N极区域(101)的开口(106)。
2、根据权利要求1所述半导体芯片，其特征在于，所述N电极的所述N电极部位(104A、104B)的形状为圆形。
3、根据权利要求1所述半导体芯片，其特征在于，所述N电极部位(104A、104B)的形状为扇形。
4、根据权利要求1所述半导体芯片，其特征在于，所述N电极部位(104A、104B)的形状为弧形。
5、根据权利要求1所述半导体芯片，其特征在于，所述P电极部位(105A、105B)的形状为圆形。
6、根据权利要求1所述半导体芯片，其特征在于，所述P电极部位(105A、105B)的形状为扇形。
7、根据权利要求1所述半导体芯片，其特征在于，所述P电极部位(105A、105B)的形状为弧形。
8、根据权利要求1所述半导体芯片，其特征在于，所述衬底(100)是适合于生长氮化镓及其化合物的材料。
9、根据权利要求8所述半导体芯片，其特征在于，所述衬底(100)采用 氮化镓单晶、单晶硅、蓝宝石(α-Al2O3)单晶、二氧化硅单晶、碳化硅(SiC)单晶中的一种，通过光刻、蒸镀、离子溅射方法在N极区域(101)形成所述N电极(104)，同样，通过光刻、蒸镀、离子溅射方法在P极区域(103)上制作所述P电极(105)。
10、根据权利要求1所述半导体芯片，其特征在于，所述衬底(100)采用蓝宝石单晶，所述N电极(104)和所述P电极(105)的制作材料是金、镍、银、铜或其合金，所述电子-空穴复合区域(102)是单异质结、双异质结、单量子阱或多量子阱的结构。
11、根据权利要求1所述半导体芯片，其特征在于，所述N电极(104)和所述P电极(105)的制作材料是金、镍、银、铜或其合金，所述电子-空穴复合区域(102)是单异质结、双异质结、单量子阱或多量子阱的结构。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SHENZHEN CITY FANGDA GUOKE OPTOELECTRONICS TECHNO Free format text: FORMER OWNER: FANGDA GROUP CO LTD Effective date: 20070921 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20070921 Address after: 518055 Guangdong city of Shenzhen province Nanshan District Xili, Longjing Fangda Applicant after: Shenzhen Fangda Guoke Optical Electronic Technology Co., Ltd. Address before: 518055 Guangdong city of Shenzhen province Nanshan District Xili, Longjing Fangda Applicant before: Fangda Group Co., Ltd. |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SHENYANG FANGDA SEMICONDUCTOR LIGHTING CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: SHENZHEN FANGDA GUOKE PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY CO., LTD. Effective date: 20110908 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 518055 SHENZHEN, GUANGDONG PROVINCE TO: 110168 SHENYANG, LIAONING PROVINCE |
|
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20110908 Address after: 110168 Shenyang Hunnan New District Wende Street No. 6 Patentee after: Shenzhen Fangda Guoke Optoelectronic Technology Co., Ltd. Address before: 518055 Guangdong city of Shenzhen province Nanshan District Xili, Longjing Fangda Patentee before: Shenzhen Fangda Guoke Optical Electronic Technology Co., Ltd. |
|
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20091223 Termination date: 20130702 |