[发明专利]单色LED芯片及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体照明领域，尤其涉及一种LED芯片及其形成方法。

背景技术

半导体发光二极管即LED(Light Emitting Diode)，是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫等色的光。

LED根据发光颜色的不同，分为单色LED和白光LED。二十世纪八十年代出现了超高亮度红色LED，早期的红色LED的衬底为不透明材料，发光效率为1-2lumens/watt(流明/瓦)；之后对其进行了改进，采用透明的衬底；在所有的超高亮度红色LED中，最好的模型的效率约为9lumens/watt(流明/瓦)，光谱范围通常在650nm-640nm，驱动电流值通常在30mA-50mA，在1.5V电压时发光灰暗。随后开发了在GaP(磷化镓)衬底上形成的高效率红色LED、橙红色LED以及橙色LED；之后又开发了超亮度橙红色LED、橙色LED、黄色LED。第一个绿色LED由GaP(磷化镓)形成，其效率为每瓦数十流明，最大驱动电流通常为30mA；随后出现了高效率绿色LED，之后出现了绿色LED。第一个超亮度宽波带GaN蓝色LED在20世纪90年代由Nichia开发成功，光谱范围跨越紫色、蓝色和绿色区域，波峰宽度为450nm。第一个超亮度SiC蓝色LED在20世纪90年代由Cree开发成功，光谱范围非常宽，尤其在淡蓝色(mid-blue)到紫色光谱范围内强度很强，波峰范围在428-430nm，最大驱动电流约为30mA，通常使用10mA。

图1为现有技术的单色LED结构的示意图，以蓝色LED为例，参考图1，现有技术中的单色LED的结构一般为在n-SiC衬底10上形成n-GaN缓冲层11，在缓冲层11上形成InGaN多量子阱有源层12，在多量子阱有源层12上形成p-GaN帽层13。通过正电极14以及负电极15在缓冲层11以及帽层13上施加电压，使LED发蓝光。

然而现有技术中，有源层12中的发光材料所发出的光的利用率不高，只有发射至帽层13上的光能透射出，有源层12中向有源层两边射出的光线(例如有源层中箭头表示的光线)不能经过帽层13射出，从而导致LED的发光强度低、亮度低。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术的LED发光强度低、亮度低的缺点。

为解决上述问题，本发明提供一种单色LED芯片，包括：衬底，位于所述衬底上的缓冲层，位于所述缓冲层上的有源层，位于所述有源层上的帽层；用于与所述帽层电连接的正电极和用于与所述缓冲层电连接的负电极，其特征在于，还包括：多个沟槽，所述沟槽至少自帽层延伸至缓冲层的顶部，所述沟槽内填充有透明材料；

所述多个沟槽间的缓冲层、有源层、帽层组成的叠层结构分别构成LED发光区域；所述正电极位于各LED发光区域的帽层上。

可选的，所述沟槽的开口的宽度大于底部的宽度。

可选的，所述沟槽侧壁与底部的夹角为120°～150°。

可选的，所述夹角为135°。

可选的，所述透明材料的顶部呈透镜状。

可选的，所述透明材料为环氧树脂。

可选的，还包括：多个透镜，位于所述帽层上。

可选的，还包括：金属接触层，位于所述帽层和所述透镜之间。

可选的，所述单色LED芯片为蓝光LED芯片；所述缓冲层为n-GaN层；所述有源层为InGaN多量子阱有源层；所述帽层为p-GaN层。

可选的，所述衬底为碳化硅衬底；所述负电极为一层电极，位于所述碳化硅衬底的背面。

本发明还提供一种形成单色LED芯片的方法，包括：

提供衬底；

在所述衬底上依次形成缓冲层、有源层和帽层；

形成多个至少自帽层延伸至缓冲层的顶部的沟槽；

在所述沟槽内填充透明材料；

形成用于与所述帽层电连接的正电极，其中，所述多个沟槽间的缓冲层、有源层、帽层组成的叠层结构分别构成LED发光区域，所述正电极位于各LED发光区域的帽层上；

以及形成用于电连接所述缓冲层的负电极。

可选的，沟槽的开口的宽度大于底部的宽度。

可选的，所述沟槽侧壁与底部的夹角为120°～150°。

可选的，所述夹角为135°。

可选的，还包括：在所述沟槽内填充透明材料后，在温度为150℃～200℃范围内，高温烘烤所述透明材料，使所述透明材料的顶部呈透镜状。

可选的，所述透明材料为环氧树脂。