[发明专利]一种高出光效率的LED晶片及其制造方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种LED晶片，尤其是涉及一种高出光效率的LED晶片及其制 造方法。

【背景技术】

发光二极管具有体积小、效率高和寿命长等优点，在交通指示、户外全色 显示等领域有着广泛的应用。尤其是利用大功率发光二极管可能实现半导体固 态照明，引起人类照明史的革命，从而逐渐成为目前电子学领域的研究热点。

为了获得高亮度的LED关键要提高器件的内部量子效率和外量子效率。目 前晶片光提取效率是限制器件外部量子效率的主要因素，主要原因是衬底的材 料、外延材料以及空气之间的折射率差别较大，导致有源区产生的光在不同折 射率材料界面发生全反射而不能导出晶片。常规晶片的外形为立方体，两对侧 面相互平行，这样有部分光在两个端面来回反射，直到完全被晶片所吸收，转 化为热能，降低了晶片的出光效率。1993年，M.R.Krames等用磨成角度切割 刀将四元LED晶片切割成倒梯台形状。晶片的四个侧面不再是相互平行，可以 使得射到晶片侧面的光经侧面的反射到顶面，以小于临界角的角度射出；现有 的几种提高晶片光提取效率的方法主要有改变晶片的几何外形，减少光在晶片 内部的传播路程，降低光的吸收损耗，如上述采用倒梯台结构，控制和改变自 发辐射，通常采用谐振腔或光子晶体等结构；采用表面粗糙方法，使光在粗糙 的半导体和空气界面发生漫射，增加其透射的机会；此外还有利用倒装焊技术。 但上述制造工艺相对比较复杂，且制作成本也比较高，不适应于目前大批量工 业化生产的要求。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是提供一种高出光效率的LED晶片，该LED晶片 具有出光效率高及使用寿命长的特点。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高出光效率的 LED晶片，包括衬底，形成于衬底正面的半导体层，所述半导体层包括依次形 成于衬底正面的N型半导体层、发光层以及P型半导体层，其特征在于：所述 衬底为倒梯台形状，倒梯台衬底的侧边与垂直方向形成的夹角为30～45°；所 述半导体层为倒梯台形状，倒梯台半导体层的侧边与衬底正面形成的夹角为 50～70°，所述半导体层的底部表面积比所述衬底正面的表面积小。

本发明与现有技术相比的有益效果是：由于本发明将衬底设置成倒梯台形 状，并将半导体层设置成倒梯台形状，半导体层的底部表面积比衬底正面的表 面积小，这样设置可以增大半导体层的侧面发光面积，而衬底正面的表面积比 半导体层的底部表面积大，半导体层侧面发出的光可以通过衬底正面将光反射 出去，这样可以减少光损耗及避免光在半导体层内发生全反射，提高LED晶片 的出光效率；将衬底设置成倒梯台形状，这样设置可以增大衬底的侧面发光面 积，半导体层底部发出的光可以通过倒梯台衬底改变光线的出光角度，减少光 损耗及避免光在衬底内发生全反射，进一步提高LED晶片的出光效率，将光线 最大可能地从LED晶片内导出，避免光能转化为热能，大大提高了LED晶片的 使用寿命。

优先地，所述倒梯台衬底的侧边与垂直方向形成的夹角为38°；所述倒梯 台半导体层的侧边与衬底正面形成的夹角为60°。这种结构是光在LED晶片内 导出的最佳角度，可以大大提高LED晶片的出光效率及延长LED晶片的使用寿 命。

优先地，所述衬底与N型半导体层之间还设置有一层缓冲层，所述缓冲层 与所述N型半导体层形成倒梯台形状，缓冲层的底部表面积比所述衬底正面的 表面积小。这种结构的目的是为了使半导体层与衬底之间结合更好，同时也是 为了提高LED晶片的出光效率、良率以及延长LED晶片的使用寿命。

优先地，所述倒梯台衬底的背面及侧面设置有反射层。这种结构是为了使 光从LED晶片的上表面出去，避免光从衬底的底部及侧边导出，减少光损耗， 使LED晶片出来的光更集中。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种高出光效率的LED晶片制造方 法，该方法制造LED晶片具有出光效率高及使用寿命长的特点。