一种高光效率led芯片的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于半导体【技术领域】，尤其是一种高光效率LED芯片，其特征在于芯片由下而上依次由蓝宝石层、N型氮化镓层、多层量子阱层、P型氮化镓层以及透明导电层层叠而成，蓝宝石层为立方体，第一N型氮化镓层、多层量子阱层和P型氮化镓层组成的复合层结构置于蓝宝石层顶部并设缺口，蓝宝石层顶部通过缺口露出部分设第二N型氮化镓层，第二N型氮化镓层上表面设负电极，复合层结构顶部设透明导电层，透明导电层上表面设正电极，蓝宝石层的上表面均布有若干凹孔，衬底下表面均布有若干对应凹孔。本实用新型的LED芯片，通过对芯片整体结构改进如在蓝宝石底衬设置若干凹孔、增设组分渐变的缓冲层结构、凹凸不平状侧壁设计，获得出光效率更高LED芯片。
【专利说明】一种高光效率LED芯片
[【技术领域】]
[0001]本实用新型属于半导体【技术领域】，尤其涉及一种高光效率LED芯片。
[【背景技术】]
[0002]LED芯片是使用半导体工艺将LED外延片进行加工而成的发光二极管管芯，并经过特定的封装，将LED芯片封装成发光元件，应用于室外室内照明、显示器背光源、信号灯等各式光源，具有亮度高、寿命长、光效强、抗光衰性好等诸多优点。
[0003]目前，常见的蓝光LED芯片分为两种，即横向结构(Lateral)的蓝光LED芯片和垂直结构(Vertical)的蓝光LED芯片，其中，所述平面式蓝光LED其P、N电极在同一侧，P、N电极同侧势必需要蚀刻掉部分量子阱来制备N区，从而浪费了相当大的一部分发光面积，且P、N电极同侧具有电流分布不均匀，散热性差等诸多缺点，而电流分布不均匀进而影响到芯片的电压和亮度，散热性差会造成结温升高，内量子效率下降等问题，影响到芯片的光效。
[0004]而垂直式蓝光LED芯片其P、N电极分布在量子阱的两侧，因此不需要蚀刻量子阱，大大提高了芯片发光面积的利用率，电流垂直于芯片均匀分布，且垂直式LED芯片结构中各层都会尽量选用导热性良好的材料，因此垂直式LED芯片的散热性能良好，大大消除了热量积聚带来的结温升高，内量子效率下降。正因为这些独特的优点，垂直式LED芯片成为LED研究的热点。
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【发明内容】
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[0005]本实用新型目的在于解决LED芯片的P电极吸光、量子阱出光率低等技术问题，提供一种能够提高出光效率的LED芯片。
[0006]为解决上述技术问题，设计一种高光效率LED芯片，其特征在于所述LED芯片由下而上依次由蓝宝石层、N型氮化镓层、多层量子阱层、P型氮化镓层以及透明导电层层叠而成，所述的蓝宝石层为立方体结构，第一 N型氮化镓层、多层量子阱层和P型氮化镓层组成的复合层结构设置于蓝宝石层顶部并设有缺口，蓝宝石层顶部通过缺口露出部分设有第二N型氮化镓层，第二 N型氮化镓层上表面设有负电极，所述的第一 N型氮化镓层、多层量子阱层和P型氮化镓层组成的复合层结构顶部设有透明导电层，所述透明导电层的上表面设有正电极，所述蓝宝石层的上表面均布有若干凹孔，所述蓝宝石衬底的下表面均布有若干对应凹孔。
[0007]所述LED芯片各层厚度由大至小依次为:蓝宝石层、第一 N型氮化镓层、P型氮化镓层、多层量子阱层、第二 N型氮化镓层以及透明导电层。
[0008]所述蓝宝石层与第一、第二 N型氮化镓层之间还设有缓冲层，所述缓冲层由若干非掺杂外延材料构成的单元层组成。
[0009]所述缺口呈正台形，所述缺口的侧壁垂直于缺口的侧壁的底面。
[0010]所述LED芯片的部分侧壁或全部侧壁呈凹凸不平状。[0011]所述LED芯片的部分侧壁或全部侧壁呈波纹状或锯齿状或突块状。
[0012]本实用新型提出的LED芯片，通过对LED芯片整体结构的改进获得出光效率更高的LED芯片，首先于蓝宝石层底衬上设置的若干凹孔，使部分全反射光线以散射光的形式出射，或通过多次折射进入临界角内出射，从而实现出光效率的提高。同时，蓝宝石层的外延生长面设置凹孔后，增加了散热表面积和生长应力作用范围，从而能有效地缓冲外延过程中由于不同材料的热膨胀系数差异而导致的侧向应力变化，降低由此导致的晶格缺陷密度，提高外延质量及LED芯片的辐射复合发光效率。
[0013]其次，通过增设折射率介于蓝宝石和GaN之间且组分渐变的缓冲层结构，实现缩小蓝宝石层与n-GaN外延层之间的折射率差异，提高界面出射角度、降低全反射的临界损耗；并逐渐释放GaN外延生长过程中的界面应力，获得位错缺陷少的高质量GaN外延材料，最终实现LED芯片发光效率的提高。
[0014]最后，凹凸不平状的LED芯片侧壁，增加了侧向光源的出光面积，使芯片获得更多的出光，从而可以提高LED芯片的出光效率。
[【专利附图】
【附图说明】]
[0015]图1为本实用新型LED芯片的结构示意图；
[0016]图2为蓝宝石层的结构示意图；
[0017]图3为缓冲层的结构示意图；
[0018]图中1.蓝宝石层；2.第一N型氮化镓层；3.多层量子阱层；4.P型氮化镓层；5.透明导电层；6.正电极；7.负电极；8.缓冲层；9.单元层；10.第二 N型氮化镓层。
[【具体实施方式】]
[0019]下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。
[0020]本实施例中的LED芯片，如图1、图2所示，包括蓝宝石层1、N型氮化镓层2、多层量子阱层3、P型氮化镓层4以及透明导电层5，其中蓝宝石层I选用立方体结构，蓝宝石层I层的上表面均布有若干凹孔，所述蓝宝石层的下表面均布有若干对应凹孔，
[0021]首先，利用MOCVD设备在蓝宝石层I上生长GaN基LED结构外延片(包括第一 N型氮化镓层2、第二 N型氮化镓层10、多层量子阱层3、P型氮化镓层4以及透明导电层5)，获得由下而上依次由蓝宝石层1、N型氮化镓层2、多层量子阱层3、P型氮化镓层4以及透明导电层5层叠结构；第一 N型氮化镓层2、多层量子阱层3和P型氮化镓层4组成的复合层结构设置于蓝宝石层I顶部并设有缺口，该缺块呈正台形，即缺块的侧壁垂直于缺块的侧壁的底面，蓝宝石层I顶部通过缺口露出部分设有第二 N型氮化镓层10，所述的第一 N型氮化镓层2、多层量子阱层3和P型氮化镓层4组成的复合层结构顶部设有透明导电层5，各层厚度由大至小依次为:蓝宝石层、第一 N型氮化镓层、P型氮化镓层、多层量子阱层、第二N型氮化镓层以及透明导电层。
[0022]其次，利用RTP (快速热处理炉)将GaN外延片在氮气气氛中800°高温退火3分钟，使其P型层得到激活，并用王水、H2S04+H202溶液和去离子水将GaN外延片表面清洗干净;
[0023]接着，通过匀胶、烘烤、曝光、显影在GaN外延片上光刻出刻蚀芯片图形，使得光刻后的图形侧壁呈波纹状或者用常规光刻和ICP刻蚀将外延片刻蚀到n-GaN层，并使刻蚀后的芯片周围的部分侧壁或全部侧壁呈凹凸不平状，或呈波纹状或呈锯齿状或呈突块状。芯片的这种侧壁结构增加了侧向光源的出光面积，使芯片获得更多的出光，从而可以提高LED芯片的出光效率。此外，LED芯片的部分侧壁或全部侧壁还可以呈现其他凹凸不平状，如不规则的凹凸不平状，只要可以增加芯片侧面的出光面积即可。
[0024]最后，在第二 N型氮化镓层10上表面安装负电极，在所述透明导电层5的上表面安装正电极。
[0025]如图3所示，在蓝宝石层与第一、第二 N型氮化镓层之间还可增添一层缓冲层，该缓冲层可选用通过Al组分渐变获得的AlxGal-xN缓冲层，由若干非掺杂外延材料构成的单元层组成。
[0026]这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
【权利要求】
1.一种高光效率LED芯片，其特征在于所述LED芯片由下而上依次由蓝宝石层、N型氮化镓层、多层量子阱层、P型氮化镓层以及透明导电层层叠而成，所述的蓝宝石层为立方体结构，第一N型氮化镓层、多层量子阱层和P型氮化镓层组成的复合层结构设置于蓝宝石层顶部并设有缺口，蓝宝石层顶部通过缺口露出部分设有第二 N型氮化镓层，第二 N型氮化镓层上表面设有负电极，所述的第一 N型氮化镓层、多层量子阱层和P型氮化镓层组成的复合层结构顶部设有透明导电层，所述透明导电层的上表面设有正电极，所述蓝宝石层的上表面均布有若干凹孔，所述蓝宝石衬底的下表面均布有若干对应凹孔。
2.如权利要求1所述的一种高光效率LED芯片，其特征在于所述LED芯片各层厚度由大至小依次为:蓝宝石层、第一 N型氮化镓层、P型氮化镓层、多层量子阱层、第二 N型氮化镓层以及透明导电层。
3.如权利要求1所述的一种高光效率LED芯片，其特征在于所述蓝宝石层与第一、第二N型氮化镓层之间还设有缓冲层，所述缓冲层由若干非掺杂外延材料构成的单元层组成。
4.如权利要求1所述的一种高光效率LED芯片，其特征在于所述缺口呈正台形，所述缺口的侧壁垂直于缺口的侧壁的底面。
5.如权利要求1所述的一种高光效率LED芯片，其特征在于所述LED芯片的部分侧壁或全部侧壁呈凹凸不平状。
6.如权利要求4所述的一种高光效率LED芯片，其特征在于所述LED芯片的部分侧壁或全部侧壁呈波纹状或锯齿状或突块状。
【文档编号】H01L33/12GK203503685SQ201320614156
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】林宇杰, 董庆安, 杨辉, 吴伟 申请人:上海博恩世通光电股份有限公司