[发明专利]高光出射效率的LED芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体制备技术领域，特别涉及一种高光出射效率的LED芯片及其制备方法。

背景技术

LED半导体发光芯片(即LED芯片)在白光照明、光通信、聚合物固化、杀菌消毒等方面发挥着巨大的作用。例如，GaN基LED波长覆盖绿光、蓝光、紫光、紫外光等波段，具有能耗低、寿命长、响应时间快等显著优势，有着巨大的市场价值和潜在应用价值。

LED半导体发光芯片(即LED芯片)通常是在同质或异质衬底上依次外延n型层、发光区和p型层等半导体层，这些半导体层具有高的折射率，例如在GaN基LED芯片中GaN材料在可见光波段的折射率为2.3～2.4，与空气的折射率(n＝1)、衬底的折射率(蓝宝石n～1.8)有较大差距，这会使得发光区发出的部分光在各半导体层界面处、半导体层与空气或蓝宝石的界面处发生全反射，最终被半导体层吸收。另外，Aurélien David模拟显示，大部分从LED有源区辐射出的光都被限制为波导模式，约66％的光被限制在GaN外延层中，无法被有效提取出来。因此，为了提高光出射效率，在LED芯片的外延层上设置刻蚀槽，既可以增加光线出射的效率，同时亦可通过覆盖一层反射层来改变外延层中的波导光的传播方向，且因此能够基于一种结构得到多种基本构型的LED芯片，且针对所有尺寸的LED芯片都可以得到显著的高光出射效率。

发明内容

(一)要解决的技术问题

LED半导体层具有较高的折射率，易于造成光线在外延层内发生全反射，且因大部分从LED发光区辐射出的光都被限制为波导模式，约66％的光被限制在GaN外延层中，无法有效出射出来。所以，如何在不影响LED芯片本身发光功能的情况下，针对所有尺寸所有类型的LED芯片，通过简单的结构设置和低廉的工艺成本来有效提高光出射效率是一个非常重要的研究内容。

(二)技术方案

针对以上问题，本发明提出一种LED芯片，包括：衬底，以及衬底上的发光台，发光台自下而上依次包括：n型层、发光层、p型层，n型层和p型层共同作用使得发光层产生光线，相邻发光台之间具备刻蚀槽，用于提高光线的出射效率。

刻蚀槽包括深刻蚀槽或浅刻蚀槽，深刻蚀槽底部位于n型层内靠近n型层底部、衬底上表面或衬底内部；浅刻蚀槽底部位于n型层内靠近n型层顶部。

n型层上包括n型电极，位于所述浅刻蚀槽内表面底部。

p型层上包括p型电极，位于所述发光台表面。

特别地，深刻蚀槽和浅刻蚀槽内表面和发光台表面可覆盖一层反射层，用于改变发光台内光线的出射方向，使其自芯片的背面出射。

反射层包括金属反射层，金属反射层的制备材料包括银、铝。

发光台表面和刻蚀槽内表面覆盖有一层绝缘层，用于电隔离，n型电极不与金属反射层相接触，以免短路；p型电极上表面与金属反射层直接接触，形成电互联。

基于上述LED芯片，本发明提出了一种LED芯片的制备方法，包括以下步骤：

S1、在衬底上自下而上制备外延层；

S2、对外延层向下刻蚀，同时形成刻蚀槽、发光台；

S3、在发光台表面和刻蚀槽内表面制备绝缘层或反射层。

步骤S2中，刻蚀槽包括浅刻蚀槽或深刻蚀槽。

在浅刻蚀槽内表面底部的n型层上形成n型电极，在发光台表面的p型层上形成p型电极。

步骤S3中，当反射层是金属反射层时，n型电极与金属反射层之间包括绝缘层，p型电极与金属反射层直接接触。

(三)有益效果

本发明提出一种高光出射效率的LED芯片及其制备方法，在LED芯片的发光台上形成浅刻蚀槽的同时，增加一个或者多个深刻蚀槽；在浅刻蚀槽的底部、深刻蚀槽的侧壁及底部覆盖以高反射率的反射层，以改变LED芯片外延层中的出射光线传播方向，从而在保证LED芯片本身发光功能的情况下有效提高LED的光提取效率。同时，为了避免LED芯片的工作电压过大影响半导体芯片的发光功能，n型电极制备在浅刻蚀槽的底部。本发明还提出了该种LED芯片的制备方法，方法简单易行，制备工艺成本低廉，有利于该种LED芯片的制备和产业化应用。

附图说明

图1是本发明提出的具体实施例1中具备绝缘层的LED正装芯片的剖面结构示意图；

图2是本发明提出的一种高光出射效率的LED芯片的制备方法流程示意图；

图3是本发明提出的具体实施例2中LED芯片的外延结构剖面示意图；

图4是本发明提出的具体实施例2中形成浅刻蚀槽的LED芯片剖面示意图；