[发明专利]一种LED芯片及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及LED制造技术领域，尤其涉及一种LED芯片及其制作方法。

背景技术

发光二极管（LED，Light Emitting Diode）是一种半导体固体发光器件，其利用半导体PN结作为发光材料，可以将电转换为光。当半导体PN结的两端加上正向电压后，注入PN结中的电子和空穴发生复合，将过剩的能量以光子的形式释放出来。LED具有寿命长，功耗低的优点，随着技术的日渐成熟，LED的运用领域也越来越多元化，对LED芯片的功率和亮度的要求也越来越高，如何提高LED芯片的功率是LED发展中遇到的难题之一。LED的功率与LED的内量子效率（IQE，Internal Quantum Efficiency)、光析出率(LEE，Light Extraction Efficiency)与外量子效率(EQE，External Quantum Efficiency)息息相关，简单地说，IQE是注入电子与空穴复合发光的效率的体现，LEE是这些光逸出LED效率的体现，EQE为IQE与LEE之积，即注入电子转化为能逸出LED光的效率的体现。

研究表明，注入电流密度超过一定值时，内量子效率并没有随注入电流的上升而上升。这是由于量子阱局域态被填满，电子只能通过缺陷能级与空穴无辐射复合。并且，LED的PN结作为杂质半导体，存在着材料品质、位错因素以及工艺上的种种缺陷，会产生杂质电离、激发散射和晶格散射等问题，使电子从导带跃迁到价带时与晶格原子或离子交换能量时发生无辐射跃迁，也就是不产生光子，这部分能量不转换成光能而转换成热能损耗在PN结内，影响LED的内量子效应。

而对LED的LEE限制因素是材料的折射率和封装结构。当光线从高折射率的物质向低折射率的物质入射时，部分光会在界面上发生反射，并且当入射角大于全反射角时，会发生全反射。发生全反射时，光线无法进入低折射率的物质，只有入射角度小于全反射临界角的光线才能低折射率的物质而发射出去时。因此，LED芯片内部产生的光线只有一部分能发射出去，大大降低了LED的效率。

虽然目前各种方法被运用到LED的制造上以提高IQE和LEE，比如有源层采用多量子阱结构、图形化衬底、外延缓冲层等方法，并取得了一定的进展。但是持续提高LED的发光效率仍是不断探索和努力改进的方向。

发明内容

本发明提供一种LED芯片及其制作方法，用以提高LED芯片的发光效率。

为解决以上问题，本发明提供一种LED芯片，包括衬底以及依次于所述衬底上的N型GaN层、有源层和P型GaN层，在所述有源层与其相邻层的界面上形成有第一金属纳米颗粒阵列。

可选的，所述第一金属纳米颗粒阵列的金属纳米颗粒包括金属芯和电介质外壳。

可选的，所述金属芯材质为Au或Ag。

可选的，所述电介质外壳材质为SiO₂。

可选的，所述第一金属纳米颗粒阵列的金属纳米颗粒的形状为球形、椭球形或三角锥形中的一种。

可选的，所述第一金属纳米颗粒阵列的金属纳米颗粒的形状为球形。

可选的，所述第一金属纳米颗粒阵列的金属纳米颗粒之间的间距大于等于所述金属纳米颗粒的直径。

可选的，所述第一金属纳米颗粒阵列形成于所述有源层与P型GaN层的界面上。

可选的，所述第一金属纳米颗粒阵列形成于所述有源层与N型GaN层的界面上。

可选的，在所述P型GaN层表面形成有第二金属纳米颗粒阵列。

可选的，所述衬底是经过图形化处理的蓝宝石衬底。

本发明还提供上述的LED芯片的制造方法，包括：

提供衬底，在所述衬底上形成N型GaN层；

在所述N型GaN层上形成有源层和第一金属纳米颗粒阵列；

在所述N型GaN层上形成P型GaN层。

可选的，先在N型GaN层上形成第一金属纳米颗粒阵列，然后形成有源层。

可选的，先在N型GaN层上成有源层，然后在有源层上形成第一金属纳米颗粒阵列。

可选的，所述第一金属纳米颗粒阵列的金属纳米颗粒包括金属芯和电介质外壳。

可选的，所述第一金属纳米颗粒阵列的金属纳米颗粒的形状为球形、椭球形或三角锥形中的一种。

可选的，所述第一金属纳米颗粒阵列的金属纳米颗粒之间的间距大于等于所述金属纳米颗粒的尺寸。

可选的，在形成P型GaN层之后在所述P型GaN层表面形成第二金属纳米颗粒阵列。