[实用新型]大尺寸LED芯片

说明书

技术领域

本实用新型涉及LED芯片领域，特别是涉及一种提高大尺寸LED芯片发光效率的新型结构。

背景技术

虽然LED芯片及器件已经开始商品化，但是限制其广泛应用的主要问题仍然是高成本与低发光效率，单位流明/瓦的价格偏高。提高LED发光效率的途径是提高其内量子效率和光提取效率。由于工艺进步及结构优化，LED芯片的内量子效率达到80%以上，已没有太大的提升空间。而受全反射作用的限制，传统LED芯片的光提取效率很低，成为高能效LED的主要瓶颈。例如，在蓝光440nm波长处，GaN（折射率n₁=2.5）和空气（折射率n₂=1）分界面的全反射角为θ = arcsin(n₂/n₁) = 23.6°，大约只有4%的光能够从该界面透射出去。留在器件内部的光线，经不同材料的分界面多次反射后，最终被有源层、金属电极、焊点以及衬底吸收，转化为热能。因此，设计新的芯片结构改善光提取效率是提高LED 发光效率的主要途径。

一般的LED芯片外形都是长方体，光线从折射率较高的半导体材料向折射率较低的空气出射，在六个面都有受全反射角限制的可透射区域。为了增强侧向传播的光线的出光效率，已有文献报道异型结构的单个LED芯片，包括倒金字塔结构（Krames, M. R., et al. (1999). Applied Physics Letters 75(16): 2365-2367）、从三角形到七边形的多边形结构（Wang, X. H., et al. (2010). Journal of Applied Physics 108(2): 023110）和圆柱形结构（Wang, X. H., et al. (2009). Opt. Express 17(25): 22311-22319）。但是，由于蓝宝石衬底的硬度很高，倒金字塔结构的加工难度大、成本高。对于传统的长方体结构，工业上的芯片切割工艺只需多次横向切割和纵向切割即可完成；而对于大部分的多边形结构和圆柱形结构，切割工艺复杂，良率也低。

为便于工业上的芯片切割，可保持衬底为长方体。仅对外延层进行塑形，也可增强侧面传播的光线的出光效率，已有文献报道包括倒金字塔结构（Chih-Chiang, K., et al. (2005). Photonics Technology Letters, IEEE 17(1): 19-21）和正圆台结构（Jae-Soong, L., et al. (2006). Photonics Technology Letters, IEEE 18(15): 1588-1590）。

此外，在传统小尺寸LED芯片上的侧面粗化技术（Chang, C. S., et al. (2004). Photonics Technology Letters, IEEE 16(3): 750-752）可进一步增强侧面传播的光线的出光效率。

芯片塑形技术和侧面粗化技术对小尺寸的芯片具有较好的效果。但由于半导体材料的吸收，对于大尺寸的LED芯片，这两种技术仅对芯片边缘的光线有效。为提高大尺寸LED芯片的发光效率，一个办法就是将大尺寸的LED芯片划分为多个小尺寸的发光单元，以减少光线的逃逸路径。对每个发光单元应用塑形技术和侧面粗化技术，可有效地增强大尺寸LED芯片的光提取效率。

对于具备多个发光单元的大尺寸LED芯片，包括大功率的高压LED芯片，芯片与芯片之间的分割需要考虑衬底的切割问题，故可保持衬底为长方体；但发光单元与发光单元的分割只需要经过光刻工艺和刻蚀工艺，所以发光单元可为任意的形状。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供大尺寸LED芯片。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：

大尺寸LED芯片，包括衬底和外延层，所述衬底为长方体，所述外延层分割成多个发光单元，发光单元的侧壁具有微结构。

进一步改进的，所述发光单元的横截面中最大宽度为100μm-500μm，各发光单元的横截面的尺寸相同或者不同，发光单元的排列呈随机分布或周期分布。

进一步改进的，所述发光单元的侧壁具有的微结构的横截面形状包括但不限于三角形、矩形、半圆形、抛物线型、正弦形，微结构的横截面中最大宽度为0.15μm-10μm，微结构在发光单元侧壁的排列呈随机分布或周期分布。