基于双界面球冠型图形结构的led芯片的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于双界面球冠型图形结构的LED芯片，其结构自上而下依次为：蓝宝石层（3）、N型氮化镓层（4）、有源层（5）、P型氮化镓层（6）以及金属反射膜层（7），其特征在于：蓝宝石层（3）的两个表面均设置有球冠型图形结构。与现有技术相比，本发明不但提高了散热效率，而且可以提高LED芯片的光提取效率。
【专利说明】基于双界面球冠型图形结构的LED芯片
【技术领域】
[0001]本发明涉及LED芯片的衬底表面的图形结构，具体是通过在LED芯片的衬底表面制作出的特定的图形结构，提高LED芯片的光提取效率。
【背景技术】
[0002]在制作LED芯片时，需要解决的一个问题是:获得较高的光提取效率。
[0003]申请号为201110102031.4的中国发明专利，公开了一种图形化衬底结构，利用异质材料制备周期性图形，该材料具备抗高温的特点，可以在800度以上的高温生长时不分解，可以以单晶体材料的形式存在。该发明包括底层的蓝宝石衬底和蓝宝石衬底表面的周期化图形，所述周期性图形完全由异质材料构成；或者所述周期性图形由异质材料和蓝宝石按照一定比例分层构成，图形上部为异质材料，而图形的下部即为蓝宝石。通过该图形化衬底结构，可以改善光提取效率，但是其依然有待于进一步提高。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术中的不足，提供一种基于双界面球冠型图形结构的LED芯片，从而大幅提尚LED芯片的光提取效率。
[0005]本发明的技术方案是:
基于双界面球冠型图形结构的LED芯片，其结构自上而下依次为:蓝宝石层、N型氮化镓层、有源层、P型氮化镓层以及金属反射膜层，其特征在于:蓝宝石层的两个表面均设置有球冠型图形结构。
[0006]进一步的，蓝宝石层的两个表面的球冠型图形结构均为凹面。
[0007]进一步的，球冠型图形结构间的间距d的取值范围为0.1Mm彡d彡3Mm。
[0008]进一步的，球冠型图形结构中，球冠的半径r的取值范围为d〈r〈4d，球冠深度D的取值范围为0.5r ^ D ^ Γο
[0009]本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果:
(I)本发明对蓝宝石衬底层的上下两个表面制作凹球冠形图形时，从散热角度讲，增大了散热面积，因此提高了散热效率。
[0010](2)本发明的结构用于蓝宝石衬底LED芯片时，蓝宝石衬底的折射率最低，用蓝宝石界面作为出光面，可以提高LED芯片的光提取效率，减少了芯片内由于光的全反射损耗所造成的热能的增加和温度的升高。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明的LED芯片的结构示意图，图中，1:蓝宝石层的上表面，2:蓝宝石层的下表面，3:蓝宝石层，4:Ν型氮化镓层，5:有源层，6:Ρ型氮化镓层，7:金属反射膜层。
[0012]图2为球冠形图形结构示意图。
[0013]图3为球冠半径和深度均为3Mm时的光提取效率的对比。
[0014]图4为球冠间距分别为0.2Mm,0.5Mm,0.8Mm和1.2Mm时，不同球冠半径情况下(球冠深度=球冠半径)，LED芯片光提取效率的对比。
[0015]图5为球冠间距为0.5Mm，球冠半径分别为0.5MmU.3Mm、2Mm、3Mm、4Mm和5Mm时，
不同球冠深度情况下，LED芯片光提取效率的对比。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
[0017]一种基于微米尺寸的双面球冠图形蓝宝石衬底的用于提高光提取效率和散热特性的GaN基LED倒装芯片:
(I)GaN层的折射率大于蓝宝石(Al2O3)衬底层的折射率，蓝宝石衬底层即低折射率材料层，GaN层为高折射率材料层。
[0018](2)根据GaN基LED倒装芯片的结构，蓝宝石层作为出光面。
[0019](3) GaN层不出光，需要镀以反射膜层。
[0020](4)蓝宝石层3的上表面I和下表面2制作凹的球冠形图形结构。从图3中可以看出，当球冠半径和深度均为3微米时，光提取效率的整体趋势是明确的，其由小到大的顺序是:无图形结构时的LED、当只在蓝宝石层3的上表面I制作凹的球冠形图形结构、当只在蓝宝石层3的下表面2制作凹的球冠形图形结构和在蓝宝石层3的上表面I和下表面2同时制作凹的球冠形图形结构。其中LED光提取效率的计算公式是:
光提取效率=逃逸出LED芯片的光通量/有源层总光通量
(5)球冠形图形结构的边缘间距d的取值范围是:0.1?3Mm。从图3可以看出，对于蓝宝石层3的上表面I和下表面2都制作凹球冠形图形结构，当球冠形图形结构边缘的间距在0.2?3Mm的范围内时，LED光提取效率都大于2倍的无图形结构LED光提取效率；而当球冠形图形结构边缘的间距大于4Mm时，LED光提取效率开始明显下降。
[0021](6)球冠形图形结构的半径r取值范围是:d〈r〈4d。图4为双界面图形结构，且球冠间距d分别为0.2Mm、0.5Mm、0.8Mm和1.2Mm时，不同球冠半径情况下(球冠深度=球冠半径)，LED芯片光提取效率的对比。从图4可以看出，对于蓝宝石层3的上表面I和下表面2都制作凹球冠形图形结构，当球冠形图形结构的边缘间距不同时，球冠半径r的取值范围在d〈r〈4d时，LED光提取效率都是比较高的。例如当球冠间距为0.5Mm、球冠深度等于球冠半径时，球冠半径取值从0.5?2Mm时，LED光提取效率都大于51%，即LED光提取效率值都较高。
[0022](7)球冠形图形结构的球冠深度D的取值范围是:0.5r彡D彡r。图5为双界面图形结构，且球冠间距为0.5Mm，球冠半径分别为0.5Mm、l.和5Mm时，不同球冠深度情况下，LED芯片光提取效率的对比。从图5可以看出，对于双表面都制作凹球冠形图形结构，当球冠形图形结构的边缘间距为0.5Mm时，球冠深度D的取值范围在0.5r < D < r时，LED光提取效率都是比较高的。例如当球冠间距为0.5Mm、球冠半径为2Mm时，球冠深度取值从I?2Mm时，LED光提取效率值都较高。
[0023](8)球冠图形边缘间距的取值，在加工工艺许可的前提下，越小越好。从图3可以看出，球冠半径不同时，每种间距条件获得的最高光提取效率值随着间距数值的增加而逐渐减小。
[0024](9)球冠图形的半径的取值，在加工工艺许可的前提下，越小越好。从图5可以看出，球冠间距都是0.5Mm，球冠深度不同时，每种球冠半径条件获得的最高光提取效率值随着半径数值的增加而逐渐减小。
【权利要求】
1.基于双界面球冠型图形结构的LED芯片，其结构自上而下依次为:蓝宝石层(3)、N型氮化镓层(4)、有源层(5)、P型氮化镓层(6)以及金属反射膜层(7)，其特征在于:蓝宝石层(3)的两个表面均设置有球冠型图形结构。
2.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于:蓝宝石层(3)的两个表面的球冠型图形结构均为凹面。
3.根据权利要求2所述的LED芯片，其特征在于:球冠型图形结构间的间距d的取值范围为 0.1Mm d 3Mm。
4.根据权利要求3所述的LED芯片，其特征在于:球冠型图形结构中，球冠的半径r的取值范围为d〈r〈4d，球冠深度D的取值范围为0.5r < D < r。
【文档编号】H01L33/20GK104465924SQ201410651279
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】张军, 车振, 余新宇, 陈哲, 方俊斌, 谢梦圆, 余健辉, 罗云瀚, 卢惠辉, 唐洁媛 申请人:暨南大学