[发明专利]一种侧面倾斜的发光二极管芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种特殊外形结构的发光二极管芯片，具体的说涉及到一种侧面倾斜的发光二极管芯片及其制备方法。

背景技术

发光二极管是一种能高效率的将电能转化为光能的发光器件，是目前最有前景的新一代光源。发光二极管一般利用通过直接带隙半导体的本征跃迁发光，具有很高的光电转换效率，即很高的内量子效应。但是这些半导体的折射率一般为2～3.5。相对与空气的折射率近似为1，光线从这些半导体中射向空气的时候只有很小的出光范围，其它角度的出光都被全反射回来，见附图一。光在半导体中传播会损耗一些能量，能量最终转换为热量。传统发光二极管的外形结构为上表面和底面与发光功能层平行，侧面与发光功能层垂直，见附图二。在这样的外形结构下，光在器件内会经过多次的全反射而不能折射到外界，最后消耗完能量。这样发光二极管的出光效率很低。出光效率低，则存在大量不能射出的光，其能量在器件内损耗，损耗的能量转化为热，大量的热量在发光二极管芯片中积累会使芯片的温度升高，降低内量子效应，在芯片中产生热应力，加速芯片及封装结构老化等等问题。在利用倾斜侧面提高出光效率的技术中，最著名的是CREE公司在红黄光LED中采用的倒金字塔形状的芯片，通过整个外延层和衬底的侧面倾斜，提升了出光效率。但是，该方案要实现需要极严格的工艺条件，生产成本极高。

发明内容

本发明的目的就是针对现有发光二极管芯片出光效率低，并改善由此引发的其他问题，提供一种侧面倾斜的发光二极管芯片及其制备方法，将发光二极管的侧面(即不与发光功能层平行的面)做成与发光功能层倾斜的面的发光二极管，能提高发光二极管芯片的出光效率。本发明能用相对低廉的成本达到提高出光效率的目的，同时本发明工艺还对改善芯片应力，改善减薄、划片、裂片效果有好处。

本发明的技术方案是：一种侧面倾斜的发光二极管芯片，包括衬底及层叠于衬底之上的外延层，该外延层依次包含缓冲层、N型层、多量子阱层和P型层；P型层上镀有透明导电层，P型层上设置有P电极，N型层上设置有N电极；芯片表面除P、N电极以外的表面生长有钝化层；其特征在于：其外延层的侧面为倾斜面。

如上所述的侧面倾斜的发光二极管芯片，其特征在于：外延层的侧面倾斜的角度大于0°，而小于或等于70°。

如上所述的侧面倾斜的发光二极管芯片，其特征在于：外延层的组分为氮化镓、氧化锌或是碳化硅。

如上所述的侧面倾斜的发光二极管芯片，其特征在于：芯片的尺寸外观是任意的，对其俯视平面结构是长方形、正方形、圆形或不规则多边形。

一种侧面倾斜的发光二极管芯片的制备方法，首先在衬底上生长外延层，其中外延层包括缓冲层、N型层、多量子阱层和P型层；刻蚀出N型层区域，在P型区域镀上透明导电层，并在N、P区域分别蒸镀金属N、P电极，在整个芯片上制备钝化层；其特征在于：通过钝化层的保护，对外延进行刻蚀，控制向两侧刻蚀的速度，形成倾斜的刻蚀侧面；对芯片进行减薄、划片、裂片、测试和分选。

本发明的有益效果是：本发明侧面倾斜的发光二极管芯片与传统垂直外延侧面的发光二极管芯片相比，本发明倾斜的侧面让每一个出光面的可出光角度范围扩大，空间出光面积扩大，从而提高了出光效率。

本发明提出了一种发光二极管的制作工艺，在传统工艺的条件下增加了对外延的刻蚀。通过对外延刻蚀的控制，制作出一定倾斜角度的侧面来。在工艺复杂度没有大的升高，工艺成本也没有大的升高的条件下很大幅度的提高了出光效率。同时，本发明中对外延层的处理有助于减少芯片内的应力，减少芯片在加工过程中的弯曲变形，有利于改善减薄、划片、裂片效果。

本发明在传统工艺的基础上增加了外延的刻蚀，通过控制刻蚀面的倾斜角度，达到提高出光的目的。被刻蚀出来的侧面的倾斜角度决定该方法提高出光的实际效果，在某个恰当的角度下出光率的提升达到最大。这一角度的大小是与芯片的尺寸、采用材料的折射率、光在这些材料中的损耗率等因素有关的。在芯片尺寸、折射率、光损耗率等条件一定的情况下，某一个倾斜角度下能给出光效率产生最大的增幅。

附图说明

图1：传统发光二极管的出光范围示意图。

图2：垂直侧面时光在界面间的反射示意图。

图3：倾斜侧面时光在界面间的反射示意图。

图4：倾斜侧面时每个面的出光范围示意图。

图5：本发明实施例成品发光二极管的结构示意图。

图6：本发明实施例外延腐蚀形成倾斜侧面的发光二极管工艺步骤示意图。

具体实施方式