高出光效率蓝光led芯片的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种高出光效率蓝光LED芯片，包括位于底层的蓝宝石基板、生长于蓝宝石基板上方的n型GaN和量子阱结构、通过沉积和光刻制作于量子阱上方一层二维光子晶体结构、生长于二维光子晶体结构上方的p型GaN。在另一种结构下，其包括位于底层的蓝宝石基板、生长于蓝宝石基板上方的一层n型GaN、通过沉积和光刻制作于n型GaN上方一层二维光子晶体结构、生长于二维光子晶体结构上方的另一层n型GaN、以及依次生长于另一层n型GaN上方的量子阱和p型GaN。本发明通过使蓝光在二维光子晶体内禁止在xy平面内传播而只能沿z轴方向传播，在此方向大部分光线到达芯片表面时入射角将小于逃逸角锥的临界角，从而发射到芯片外。
【专利说明】高出光效率蓝光LED芯片
【技术领域】
[0001]本发明涉及LED芯片封装领域。
【背景技术】
[0002]通常的LED蓝光芯片，由于GaN的高折射率，大部分的光到达芯片表面时被反射，使大量光线被局限于芯片内部，导致出光效率低。
【发明内容】
[0003]本发明目的是减少光线在芯片内部的反射，使出光效率大大提高。
[0004]由于光子晶体中光子禁带的存在，使得某些特定频率的光不能通过，这种特性可以用于实现多种具有优异特性的光电子器件，如光子晶体激光器、光子晶体大角度弯曲波导等，二维平板结构光子晶体是目前研究的重要方向之一，二维平板结构的光子晶体是指在平面内利用光子晶体的带隙特性对光进行控制。因而本发明的核心方案在于在外延阶段通过沉积和光刻制作二维光子晶体，使光线在光子晶体的作用下由正面出射，从而提高正面的出光效率。具体的，本发明包括以下两种方案:
I)在P型GaN内制作光子晶体:包括位于底层的蓝宝石基板、生长于所述的蓝宝石基板上方的η型GaN和量子阱结构、通过沉积和光刻制作于所述的量子阱上方一层二维光子晶体结构、生长于所述的二维光子晶体结构上方的P型GaN，所产生的蓝光在二维光子晶体内沿垂直于芯片表面方向传播发射到芯片外。
[0005]进一步的，所述的二维光子晶体结构由SiO2材料制成。
[0006]2)在η型GaN内制作光子晶体:包括位于底层的蓝宝石基板、生长于所述的蓝宝石基板上方的一层η型GaN、通过沉积和光刻制作于所述的η型GaN上方一层二维光子晶体结构、生长于所述的二维光子晶体结构上方的另一层η型GaN、以及依次生长于所述的另一层η型GaN上方的量子讲和ρ型GaN,所产生的蓝光在二维光子晶体内沿垂直于芯片表面方向传播发射到芯片外。
[0007]进一步的，所述的二维光子晶体结构由SiO2材料制成。
[0008]由于GaN折射率高大部分光线到达芯片表面时会被反射,造成传统芯片的出光效率难以提高，成为芯片亮度提高的一大瓶颈。由于采用上述技术方案，本设计在GaN外延阶段，通过沉积和光刻制作二维光子晶体，通过二维光子晶体对光的局域效应，使出光大部分沿垂直芯片正面的角度发射，大大提高光的取出效率。本设计为实现一种高正面出光的GaNLED芯片提供一条可实现的路径。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]附图la、lb为根据本发明的高出光效率蓝光LED芯片实施例一的结构示意图； 附图2a、2b为根据本发明的高出光效率蓝光LED芯片实施例二的结构示意图；
其中:1、蓝宝石基板；2、n型GaN;3、量子阱；4、二维光子晶体；5、p型GaN。【具体实施方式】
[0010]下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0011]参见附图la、Ib所示，为根据本发明的高出光效率蓝光LED芯片实施例一的结构示意图。
[0012]本实施例中的高出光效率蓝光LED芯片，包括位于底层的蓝宝石基板1、生长于蓝宝石基板I上方的η型GaN和量子阱结构3、通过沉积和光刻制作于量子阱3上方一层二维光子晶体结构4、生长于二维光子晶体结构4上方的ρ型GaN5，所产生的蓝光在二维光子晶体4内沿垂直于芯片表面方向传播发射到芯片外。
[0013]在蓝宝石衬底I正常生长η型GaN和量子讲结构后，将外延片取出，在量子讲上方通过沉积和光刻制作一层二维光子晶体结构。该二维光子晶体结构4要求折射率低(一般可使用SiO2X然后在将外延片置于外延炉中生长ρ型GaN得到的外延结构，后续按照正常工艺制作芯片。
[0014]参见附图2a、2b所示，为根据本发明的高出光效率蓝光LED芯片实施例二的结构示意图。
[0015]本实施例中的高出光效率蓝光LED芯片，包括位于底层的蓝宝石基板1、生长于蓝宝石基板I上方的一层η型GaN、通过沉积和光刻制作于η型GaN上方一层二维光子晶体结构4、生长于二维光子晶体结构4上方的另一层η型GaN、以及依次生长于另一层η型GaN上方的量子讲3和ρ型GaN,所产生的蓝光在二维光子晶体4内沿垂直于芯片表面方向传播发射到芯片外。
[0016]在蓝宝石衬底生长一层GaN后,将外延片取出，制作一层介质层光子晶体,二维光子晶体结构4由SiO2材料制成。然后重新回到外延炉生长剩余的η型GaN、量子阱和ρ型GaN。最后按照正常工艺制作芯片。
[0017]不论上述哪种方案，可以通过合理设计尺寸和结构，使455nm波段左右的蓝光在二维光子晶体内禁止在xy平面内传播，其结果将使光线只能沿z轴(垂直于芯片表面)方向传播，在此方向大部分的光线到达芯片表面时入射角将小于逃逸角锥的临界角，从而发射到芯片外。
[0018]以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种高出光效率蓝光LED芯片，其特征在于:它包括位于底层的蓝宝石基板(I)、生长于所述的蓝宝石基板(I)上方的η型GaN (2)和量子阱结构(3)、通过沉积和光刻制作于所述的量子阱(3)上方一层二维光子晶体结构(4)、生长于所述的二维光子晶体结构(4)上方的P型GaN (5),所产生的蓝光在二维光子晶体(4)内沿垂直于芯片表面方向传播发射到芯片外。
2.根据权利要求1所述的高出光效率蓝光LED芯片，其特征在于:所述的二维光子晶体结构(4)由SiO2材料制成。
3.一种高出光效率蓝光LED芯片，其特征在于:它包括位于底层的蓝宝石基板(I)、生长于所述的蓝宝石基板(I)上方的一层η型GaN (2)、通过沉积和光刻制作于所述的η型GaN (2)上方一层二维光子晶体结构(4)、生长于所述的二维光子晶体结构(4)上方的另一层η型GaN (2)、以及依次生长于所述的另一层η型GaN (2)上方的量子阱(3)和ρ型GaN(5)，所产生的蓝光在二维光子晶体(4)内沿垂直于芯片表面方向传播发射到芯片外。
4.根据权利要求3所述的高出光效率蓝光LED芯片，其特征在于:所述的二维光子晶体结构(4)由SiO2材料制成。
【文档编号】H01L33/44GK103824921SQ201110458291
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2011年12月31日 优先权日:2011年12月31日
【发明者】华斌 申请人:聚灿光电科技(苏州)有限公司