[发明专利]一种发光二极管芯片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光二极管(LED)芯片及其制造方法。

背景技术

随着半导体芯片(chip)工艺的不断发展，传统的工艺已经不能满足对于发光二极管的发光效率和亮度的日益增加的要求。对于传统的发光二极管而言，由外延生长形成的发光结构通常形成于具有特定晶体取向的平整的衬底上，例如硅片上。然后在硅片和发光结构之间在低温下形成缓冲层。然而，在传统的发光二极管中，由于平整的硅片和缓冲层之间的界面折射和内部吸收，发光效率被降低。而且传统的发光二极管中的衬底和缓冲层的热导率低，例如，砷化镓的导热系数为44-58W/mK，而蓝宝石的导热系数为35-40W/mK。这样在发光芯片的工作过程中产生的热量无法有效地发散到外部，使得发光芯片的寿命降低。由于受到上述因素的影响，目前的传统发光二极管芯片的发光效率只能为40至50流明/瓦，还不能满足照明的要求，其寿命也不稳定。因此如何改善发光芯片的发光效率和散热效率成为本领域所需要解决的重要课题之一。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种发光二极管芯片的制造方法。该方法包括：制备衬底，在该衬底的上表面上形成多个凹凸微结构；在该衬底的上表面上形成缓冲图案层，该缓冲图案层具有多个分别与衬底上的所述凹凸微结相对应的凹凸方向相反的凹凸微结构；在该缓冲图案层上形成n型半导体层；在该n型半导体层的一部分上形成发光层；在该发光层上形成p型半导体层；以及在该n型半导体的另一部分和该p型半导体层上分别形成n电极和p电极。

根据本发明的一实施例，所述衬底上具有多个凸起的微结构，所述缓冲图案层具有多个与之相对应的凹陷的微结构。

根据本发明的一实施例，所述衬底上具有多个凹陷的微结构，所述缓冲图案层具有多个与之相对应的凸起的微结构。

所述凹凸微结构的平面形状可以为圆形或正六边形。所述圆形的最大直径可以为0.2μm至10μm。所述正六边形的最大边长可以为0.15μm至9μm。其中每一个所述凹凸微结构的中心点与其相邻的前后左右所述凹凸微结构的中心点之间的距离为0.3μm至9μm。

优选地，所述凹凸微结构的侧壁相对于所述衬底的上表面的法线的角度可以大于等于0度并小于90度。所述凹凸微结构的高度可以为0.2μm至1.5μm。

根据本发明的一实施例，在衬底上形成多个凹凸微结构的方法包括：在该衬底上形成光致抗蚀剂；采用光刻将该光致抗蚀剂图形化以形成期望的图案；采用蚀刻方法将该光致抗蚀剂的图案转移到该衬底上。该蚀刻方法可以包括耦合等离子体反应离子蚀刻、化学溶液蚀刻。

优选地，该衬底的材料可以选自硅、蓝宝石、碳化硅或氧化锌。

根据本发明的一实施例，形成该缓冲图案层的方法可以包括：在该衬底上沉积缓冲层；采用光刻将该光致抗蚀剂图形化以形成期望的图案；采用蚀刻方法将该光致抗蚀剂的图案转移到该缓冲层上以形成该缓冲图案层。沉积缓冲层的方法可以包括物理气相沉积、有机金属化学气相沉积、分子束外延、卤素气相沉积。该蚀刻方法可以包括耦合等离子体反应离子蚀刻、化学溶液蚀刻。

优选地，该缓冲图案层的材料可以选自氮化铝、氮化镓、氮化铟镓或氧化锌。

可选地，根据本发明的一实施例，所述方法还可以包括在形成该p电极之前，在p型半导体层上形成透明电极层。

根据本发明的另一方面，提供了一种发光二极管。该发光二极管包括：衬底，具有多个形成于该衬底的上表面上的凹凸微结构；缓冲图案层，形成于该衬底的上表面上，该缓冲图案层具有多个分别与衬底上的所述凹凸微结构位置相对应，凹凸方向相反的凹凸微结构；n型半导体层，形成于该缓冲图案层上；发光层，形成于该n型半导体层的一部分上；p型半导体层，形成于该发光层上；以及n电极和p电极，分别形成于该n型半导体的另一部分和该p型半导体层上。

根据本发明的实施例，由于在衬底上形成了多个凹凸微结构，可以减少界面反射并减少内部吸收，从而提高了发光效率。而且与传统工艺上形成的较薄的缓冲层相比，根据本发明的实施例的缓冲层具有较大的厚度，从而形成的缓冲层的晶体缺陷减少，提高了发光二极管芯片的良率。且缓冲层由热导率高的材料形成，提高了发光二极管芯片的发光效率。而且缓冲层上形成与衬底上对应的方向相反的图案可以改变光的传播路径，从而进一步减少了界面的反射和吸收，提高了发光二极管芯片的发光效率。

附图说明

图1A-1C为根据本发明的第一实施例的发光二极管芯片的制造方法的结构剖面示意图；

图2A-2C为根据本发明的第二实施例的发光二极管芯片的制造方法的结构剖面示意图；