[发明专利]一种LED表面粗化芯片以及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种LED芯片，具体涉及了一种LED表面粗化芯片以及制作方法。

背景技术

众所周知，LED芯片的转换效率=电流注入效率×内量子效率×出光效率；其中，内量子效率主要由LED芯片的外延生长技术和外延材料特性所决定，如采用GaN外延材料制成的LED芯片目前可达到99%，已基本接近其理论极限状况，引起内量子效率的提高已经没有较大空间；电流注入效率主要取决于LED芯片的电极设计和欧姆接触，目前良好的LED芯片的电流注入效率也可达到98%以上；而出光效率主要由LED芯片表面特性和结构决定，目前LED芯片的出光效率普遍在10-70%左右，因此出光效率的提高空间较大。为此，现有较多的公开技术，如衬底背镀DBR、侧壁腐蚀、表面粗化或倒装工艺来提高LED芯片的出光效率，其中，表面粗化被普遍认为是提高LED芯片出光效率的有效方法。

现有常规LED芯片的主要制作工艺为：衬底（一般采用蓝宝石材料）依次制作成形由n-GaN层、发光层以及p-GaN层组成的外延层，然后在p-GaN层成形透明导电层（一般采用ITO材料），最后分别在n-GaN层和p-GaN层依次制作成形n型电极和p型电极。由于GaN的折射率在2.5左右，而空气的折射率为1，两者之间的折射率相差较大，所以LED芯片与空间界面上存在较严重的全反射现象，导致LED芯片中发光层产生的光仅有少部分能出射，大多数光由于全反射现象而被限制在LED芯片内部，因此现有优化技术提出通过对LED芯片的p-GaN层进行表面粗化，因而可以避免如前所述的全反射现象，增加LED芯片的表面出光，进而提高LED芯片的转换效率。

然而现有公开的LED芯片表面粗化技术需改变外延层的制作成形工艺，以增加p-GaN层的厚度，进而满足对p-GaN层进行表面粗化中干法或湿法刻蚀的要求，普遍存在技术要求较高、制作过程不易控制等缺点，同时由于透明导电层与具有表面粗化结构的p-GaN层直接接触，会引起LED芯片中透明导电层与p-GaN层之间的欧姆接触问题，即导致二者之间的表面接触电阻增加，进而导致LED芯片的正向电压升高，最终导致LED芯片的电流注入效率降低，不利于最终制作得到的LED芯片的转换效率。

如公开号为CN101702419A的中国专利公开了一种GaN基LED芯片结构中p-GaN层或ITO层的表面粗化方法，该方法包括如下步骤：(1)在半导体衬底上依次生长低温GaN缓冲层、不掺杂GaN层、n-GaN层、多量子阱层、p-GaN层的层叠式结构和蒸镀ITO电流扩展层；(2)制备单层镍纳米粒子作为掩模，在p-GaN层或ITO层表面制作粗化结构。本发明方法步骤简单，成本低，粗化效果好；通过本发明方法对GaN基LED的p-GaN层或ITO层进行表面粗化，可以抑制芯片内光子的全反射，提高器件的出光效率。该专利虽然对表面粗化工艺进行了一定程度地简化，但同样存在上述的透明导电层与p-GaN层之间的欧姆接触问题。

因此，有必要寻求一种LED芯片的表面粗化结构或工艺，该结构或工艺即可有效减少或避免全反射现象，进而提高LED芯片的出光效率，又可同时避免产生透明导电层与p-GaN层之间的欧姆接触问题，进而确保LED芯片的电流注入效率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种LED表面粗化芯片以及制作方法，即可有效减少或避免全反射现象，进而提高LED芯片的出光效率，又可同时避免产生透明导电层与p-GaN层之间的欧姆接触问题，进而确保LED芯片的电流注入效率，最终有效确保LED芯片的转换效率得到提高。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种LED表面粗化芯片，所述LED芯片包括衬底以及成形在所述衬底上的外延层，所述外延层依次包括n-GaN层、发光层和p-GaN层；所述p-GaN层上成形有透明导电层；以及分别成形在所述n-GaN层和所述透明导电层上的n型电极和p型电极，其中，所述p-GaN层表面设有多个粗化图形；所述透明导电层设有多个开孔图形，使得全部或部分粗化图形暴露在该开孔图形中。

优选地，所述开孔图形为圆形、椭圆形或多边形形状。

优选地，所述开孔图形的最大尺寸为2-15μm，所述开孔图形之间的间距为5-50μm。

优选地，所述开孔图形排列呈蜂窝型或井字型形状。

优选地，所述开孔图形的总面积占所述LED表面粗化芯片总出光面积的5-25%。

优选地，所述透明导电层的材料选自ITO、ZnO、CdO、Cd₂SnO₄中的任意一种。