一种带有表面糙化透光结构的led芯片及其制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种LED芯片，具体的说涉及一种带有表面糙化透光结构的LED芯片 及其制作方法，属于LED芯片制造及LED照明领域。
【背景技术】
[0002] 近年来地球温室效应、能源紧张等全球性问题越来越引起全世界范围内对开发绿 色环保能源及新型节能减排技术的关注，一方面全世界都在大力开发可再生清洁能源，如 太阳能、风能等；另一方面也在合理有效的利用能源方面加大了开发力度，反映在照明及显 示方面就是各种节能光源的不断推陈出新及广泛应用。这其中，LED(发光二极管）以其低 能耗、高光效、良好的光利用率、稳定的品质及高可靠性获得了越来越广泛的关注及应用。 在照明领域，基于GaNLED芯片的白光LED被视为21世纪新型照明光源，预期在未来的十 年中，在户外照明领域将以超过30%的年增长率快速成长，而在室内照明领域其年增长率 将超过100%。而在显示领域LED背光源已基本替代了其它光源。
[0003] 如附图1所示，现有的LED芯片结构包括衬底1，n型半导体结构2,i型有源区 3和p型半导体结构4,所述衬底1可以由Al2O3晶体材质的蓝宝石、SiC、Si、GaAs、GaP、InP或GaN等半导体晶体材料构成，n型半导体结构2由n型AlJnyGa^NO)彡x彡1， 0 <y<I)、AlxInyGah_yP(0<x<l，0<y<l)或AlxInyGah_yAs(0<x<l，0<y<l) 材料构成，可以是一层材料或多层不同组分的材料构成，i型有源区3可以由一对或多 对i型AlxInyGah_yN(0 彡X彡 1，0 彡y彡 1)、AlxInyGah_yP(0 彡X彡 1，0 彡y彡 1) 或AlJnyGa^As^彡X彡1，0彡y彡1)材料的量子阱构成或者单层材料的体结构 层构成，P型半导体结构4可以由一层或多层AlJriyGahiP'KO彡X彡1，0彡y彡1)、 AlxInyGa1HP(0 1，1)或AlxInyGa1HAs(0 1，1)材料层构 成，n型半导体结构2、i型有源区3、p型半导体结构4这三层总共厚度为1~20微米。
[0004]LED芯片中i型有源区3中所发出的光向芯片各个方向上发射，包括LED芯片的 表面5、底面6和侧面7,如图2所示。其中，可以被利用的主要是向表面5和侧面7发射的 光，而向底面6发射的光在被反射向表面5后也可以被利用。i型有源区3直接发射向表 面5和发射向底面6后反射回表面5的光占了可以被利用光的70%。对于LED器件，其出 光的表面5通常为平面窗口，由于窗口半导体材料的折射率高于空气，由光学原理知道全 反射角的存在将在很大程度上恶化LED器件的出光效率，如图3所示，大于全反射角0 "勺 光将被上表面5完全反射而无法被利用。对于GaN材料构成的p型半导体结构4,其折射率 为2. 4,得出0 B= 24. 5度；对于GaP材料构成的p型半导体结构4,其折射率为3. 4,得出 0B= 17度。而对于LED芯片，其发射光为自发辐射，通常可以认为i型有源区3的出射光 在360度的方向上发射几率是相同的，这样来看，受全反射角的影响，考虑到底面6的反射 光GaNLED的出光效率只有14%左右，红光LED更是只能达到10%左右。所以，如何提升 LED芯片上表面5的出射光效率是提升LED芯片性能的一个关键技术。
[0005]目前，为了提升LED的出光效率，采用了多种技术来解决LED芯片上表面5的全反 射影响，如光子晶体[参考文献1-6]、倒装焊结构[参考文献7-9]、表面等离子激元[参考 文献10-12]、芯片形状优化[参考文献13-14]和表面糙化[参考文献15-16]等。
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【发明内容】
[0023] 本发明的目的是提供一种带有表面糙化透光结构的LED芯片及其制作方法，所述 的制作方法可以形成切面角度的连续变化的糙化层，并由此构成了一种具有表面糙化结构 的LED芯片，通过糙化结构的引入降低LED芯片平面光窗口全反射的影响，从而提升LED芯 片的出光效率。
[0024] 所述的带有表面糙化透光结构的LED芯片，包括芯片的衬底、n型半导体结构、i型 有源区和P型半导体结构，以及形成在芯片表面的糙化透光结构；所述糙化透光结构是切 面角度连续变化的糙化层。
[0025] 所述糙化透光结构在p型半导体结构上，或者在p型半导体结构的钝化层上，或者 在p型半导体结构的透明电极上，或者在p型半导体结构的透明有机层上。
[0026] 如果所述的糙化透光结构在p型半导体结构上，由如下方法制作：
[0027] (1)在LED芯片p型半导体结构上涂覆有机弹性材料薄膜，所述的有机弹性材料可 以是光刻胶、聚酰亚胺等有机材料，有机弹性材料薄膜厚度1000A~20pm;
[0028] (2)在有机弹性材料薄膜上溅射或蒸镀金属复合层，底层为黏附金属，厚度在 10~50A，顶层为主金属层，厚度在IOOA~Ijam;所述的黏附金属可以选择Ti、In、Zn、Cr等 金属；所述的主金属可以选择Al、Ti、Cr、Zn、Ni、W、Mo、Au等金属。
[0029] (3)在加热平台上或烘箱中对上述具有有机弹性材料薄膜和金属薄膜的p型半导 体结构进行热诱导，在有机弹性材料薄膜中形成切面角度连续变化的糙化结构，热诱导温 度 8(TC~500°C;
[0030] (4)通过干法或湿法刻蚀将金属薄膜去除；
[0031] (5)通过干法刻蚀将有机弹性材料薄膜中形成的切面角度连续变化糙化结构转移 到P型半导体材料中。
[0032] 如果所述糙化透光结构在p型半导体结构的钝化层上，由如下方法制作：
[0033] A、在LED芯片p型半导体结构上制作一层钝化层，钝化层材料是氧化硅、氧化钛、 娃或氮化娃等介质材料，钝化层厚度3000A~2pm;
[0034] B、在钝化层上涂覆有机弹性材料薄膜，有机弹性材料可以是光刻胶、聚酰亚胺等 有机材料，有机弹性材料薄膜厚度1000A~扣m;
[0035] C、在弹性有机材料薄膜上溅射或蒸镀金属复合层，底层