[实用新型]一种具有微结构增透膜的高压LED芯片

说明书

技术领域

本实用新型属于半导体发光器件制造领域，具体涉及具有微结构增透膜的高压LED芯片。

背景技术

LED是一种节能、环保和长寿命、无污染的发光器件。它的能耗仅为白炽灯的10%，荧光灯的50%。现有公知的大功率LED的光效已经能达到160lm/w，稳定工作环境为直流350mA的电流，工作电压一般为3V，无法使用市电直接驱动。为了克服上述技术难题，高压LED作为一种新型结构的LED应运而生。高压LED的驱动电流一般为20mA，工作电压一般为45-50V，一般将4颗高压LED直接串联，便可以达到市电的工作电压220V，便于实现市电的直接驱动。现有公知的高压LED一般由蓝宝石衬底、缓冲层、N型层、量子阱层、P型层、P层以及N层上的电极，连接桥、ITO层等构成。由于ITO层的折射率较大，大量的光线因全内反射而转换为热量损耗掉。同时，由于界面折射率的突变引起光线的反射损耗，从而对高压的LED的出光效率造成不良影响。

现在公知的普通工艺高压LED芯片的结构均为阵列结构，它在一个外延片上，将一颗45*45mil的芯粒划分为若干个小芯片颗粒（一般为15-17颗）。主要结构包括：蓝宝石衬底、缓冲层、N型层、量子阱层、P型层、P层以及N层上的电极、连接桥、ITO层。在不考虑材料的光吸收的前提下，当有源层发光，光子到达芯片与空气的分界面的时候，由于折射率的变化，导致大量的光能量被反射回芯片内部最终化为热量散发出去。同时，界面之间折射率的变化，光从芯片射向外界的时候，全反射的发生导致光效进一步减少。直接导致其外量子效应低下。

目前常用的增透膜材料主要有氮化硅（SiN_x）、二氧化硅（SiO₂）、氮氧化硅(SiON_x)几种,也有使用金属氧化膜的。其中，二氧化硅薄膜的成本最低，但是结构较为疏松，真空密度较高，防潮抗金属离子玷污能力相对较差。氮化硅（一般为Si₃N₄）薄膜相比二氧化硅在抗杂质扩散和水汽渗透方面有明显的优势，但是氮化硅薄膜与芯片界面之间存在大量的界面电荷和缺陷，导致对器件的电学性质产生了严重的影响（参见刘宝峰，李洪峰，金立国．《半导体器件钝化层Si₃N₄薄膜的制备与特性研究》[J]．哈尔滨理工大学学报，2003，8(6)：10）。并且二氧化硅和氮化硅的折射率分别为1.45和2.0，而最好的增透膜材料的折射率应尽量接近1.58。因而前面两者并非具有较佳的透射性能的增透膜材料。而SiON的折射率可以实现1.6-1.7的范围内可调（一般为1.58-1.71）。因此，SiON是目前最为优秀的增透膜材料，可以实现较好的反反射性能。

实用新型内容

为了克服普通工艺高压LED的内全反射以及反射损耗，提高出光效率，本实用新型提供一种具有微结构增透膜的高压LED芯片。所述增透膜能有效降低由折射率突变引起的反射损耗。而其表面微结构可以有效降低光线的全内反射，从而提高出光效率。

本实用新型的技术方案包括：

一种具有微结构增透膜的高压LED芯片，包括多个发光单元，每个发光单元从下至上依次包括宝石衬底1、缓冲层2、N型层3、量子阱层4、P型层5和ITO层6，每个发光单元还包括P型层上的电极7和N型层上的电极8，相邻发光单元之间的电极通过连接桥9连接，每个发光单元还包括覆盖在ITO层上的增透膜10，位于ITO层6上方的增透膜顶面具有圆柱状微结构。

进一步优化的，增透膜所对应的增透波长与芯片有源层发光波长一致。目前高压芯片均以蓝光为主，发光波长约为455nm。选用SiON作为膜层材料，其折射率在1.6-1.7的范围内可调（一般为1.58-1.71)。

进一步优化的，所述增透膜厚度为LED发光波长的四分之一。

进一步优化的，所述微结构的厚度为增透膜厚度的1/10。

进一步优化的，所述增透膜除覆盖ITO层上方外，还覆盖ITO层上表面至N型层上的电极8之间的侧面，且只有ITO层上方的增透膜具有圆柱状微结构。

进一步优化的，所述增透覆盖芯片的ITO层整个外表面。

进一步优化的，所述的圆柱状微结构的圆柱底面半径为1.5um，高为100埃。

进一步优化的，所述圆柱状微结构的相邻圆柱底面圆心距离为4um～6um。

进一步优化的，所述增透膜采用PECVD（等离子体增强化学气相沉积法）沉积SiON薄膜形成，并由ICP(Inductively Coupled Plasma–电感耦合等离子体)蚀刻出圆柱状微结构。