[发明专利]一种带有表面糙化透光结构的LED芯片及其制作方法

说明书

技术领域

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

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GaN LED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。

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Al_xIn_yGa_1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1)、Al_xIn_yGa_1-x-yP(0≤x≤1，0≤y≤1)或Al_xIn_yGa_1-x-yAs(0≤x≤1，0≤y≤1)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Al_xIn_yGa_1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1)、Al_xIn_yGa_1-x-yP(0≤x≤1，0≤y≤1)或Al_xIn_yGa_1-x-yAs(0≤x≤1，0≤y≤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Al_xIn_yGa_1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1)、Al_xIn_yGa_1-x-yP(0≤x≤1，0≤y≤1)或Al_xIn_yGa_1-x-yAs(0≤x≤1，0≤y≤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。

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θ_B的光将被上表面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θ_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θ_B＝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GaN LED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。

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。

参考文献:

[1]温熙森,光子/声子晶体理论与技术，北京，科学出版社，2006；