[发明专利]LED发光芯片的光提取层及LED装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体发光器件，尤其涉及一种能够同时提高取光效率和出光效率的LED芯片的光提取层及LED装置。

背景技术

近年来，随着半导体照明的不断深入发展，发光二极管（LED）以其高电光转换效率和绿色环保的优势受到越来越广泛的关注。半导体照明产品中的核心组成部分是LED芯片，其研究与生产技术有了飞速的发展，芯片亮度和可靠性不断提高。在LED芯片的研发和生产过程中，器件外量子效率的提高一直是核心内容，因此，光提取效率的提高显得至关重要。LED芯片的光提取效率是指出射到芯片外可供利用的光子与外延片的有源区由电子空穴复合所产生的光子的比例。

在传统LED芯片中，由于衬底吸收、电极阻挡、出光面的全反射等因素的存在，光提取效率很低，并且绝大部分光子被限制在芯片内部无法出射而转变成热，从而成为影响芯片可靠性的不良因素。

为提高光提取效率，公开号CN101071840A（公开日为2007年11月14日）的专利申请公开了一种发光器件，包括半导体层和光提取层，其中，光提取层由折射率等于或者高于该半导体层的折射率的材料制成，且该光提取层为多孔结构，孔内填充透明导电氧化物。该发光器件虽然提高了半导体层与光提取层界面上的光提取效率，但是在光提取层与环氧树脂界面上发生全反射的临界角减小了，不利于LED芯片封装器件的出光，仍然存在LED发光器件出光效率低的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种LED发光器件，以能够同时提高LED发光器件的光提取效率和出光效率。

基于此，本发明还提供了一种LED芯片及其制作方法和LED装置。本发明采用如下技术方案：

一种LED发光芯片的光提取层，所述LED发光芯片包括半导体层和与所述半导体层直接接触的光提取层，所述光提取层与所述半导体层直接接触的表面为第一表面，所述光提取层与外部介质直接接触的表面为第二表面，所述第一表面的折射率不小于所述半导体层的折射率，且所述光提取层的折射率从所述第一表面至所述第二表面呈递减变化趋势，且所述第二表面的折射率不大于所述外部介质的折射率。

进一步地，所述光提取层只有一层，制备所述光提取层的材料的各组分的含量随着所述光提取层厚度的变化而变化，使所述光提取层的折射率随着所述光提取层的厚度的增加而减小。

进一步地，所述光提取层由k层光提取子层组成，第i层光提取子层的折射率大于第i+1层的光提取子层的折射率；

其中，所述第i层光提取子层比所述第i+1层光提取子层靠近所述半导体层，i，k均为整数，k>1，1≤i<k。

进一步地，所述LED发光芯片为垂直结构、正装结构或倒装结构。

进一步地，所述LED发光芯片包括:衬底、位于所述衬底的第一端面之上的P型氮化镓层、位于所述P型氮化镓层之上的量子阱发光层、位于所述量子阱发光层之上的所述N型氮化镓层、位于所述N型氮化镓层的第一区域之上的N电极、位于所述N型氮化镓层的第二区域之上的光提取层以及位于所述衬底的第二端面之上的P电极；

其中，所述N型氮化镓层的第一区域和第二区域构成N型氮化镓层；所述第一端面和所述第二端面为所述衬底相对的两个端面。

进一步地，所述LED发光芯片还包括导电层，所述导电层内含有若干个孔，所述孔内填充如上述任一项所述的光提取层。

进一步地，所述LED发光芯片包括：衬底、位于所述衬底之上的N型氮化镓层、位于所述N型氮化镓层的第一区域之上的量子阱发光层、位于所述N型氮化镓层的第二区域之上的N电极、位于所述量子阱发光层之上的P型氮化镓层、位于所述P型氮化镓层之上的导电层、以及位于导电层之上的P电极；

其中，N型氮化镓层的第一区域和第二区域构成N型氮化镓层。

进一步地，所述导电层由透明导电氧化物制成。

进一步地，采用复合物xTiO₂/(1-x)SiO₂或xNb₂O₅/(1-x)SiO₂制作所述光提取层，其中，0≤x≤1。

一种LED装置，包括，支架、位于所述支架之上的LED芯片和金属引线，其中，所述LED芯片采用上述任一项所述的结构。

进一步地，还包括，位于所述LED芯片之上的环氧树脂。