[发明专利]一种高亮度半导体发光二极管芯片及其制作方法

说明书

本发明提供一种高亮度半导体发光二极管芯片，包括图形化蓝宝石衬底，所述图形化蓝宝石衬底包括上表面带有凸起图文的蓝宝石基底，所述凸起图文上设有DBR图层。本发明的芯片，蓝宝石衬底上设置凸起图文，利于磊晶生长时成核，提高晶体质量和抗ESD能力；凸起图文上有DBR图层，提高衬底对有源区发出的光的反射率，从而提高发光强度。本发明还公开一种上述芯片的制作方法，采用独特的图形化蓝宝石衬底制作工艺，获得高质量的图形化蓝宝石衬底，再结合缓冲层、n型氮化物半导体层、电流扩展层、有源层、p型氮化物半导体层、电流阻挡层和透明导电层的沉积及N型电极和P型电极的制作，获得发光亮度高、抗静电能力和抗反向电压性能好的LED产品。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种高亮度半导体发光二极管芯片及其制作方法。

背景技术

发光二极管(LED)蓝光芯片是半导体照的“发动机”。氮化镓(GaN)基LED取得p-GaN的成功突破以来，其技术进步非常明显，外延层生长质量明显得到提高，其位错密度已经可以控制到106/cm²以下，对多量子阱LED的发光机理研究也取得很大成就，对半导体照明领域内的磊晶生长、芯片制造、发光效率、封装应用等各个领域都研究比较透彻。

目前，照明领域芯片正常工作时的光电转换效率已经突破75％，常规的高光效照明封装体灯珠发光效率也可达240lm/W。

GaN基LED使用最广泛的衬底是蓝宝石衬底。因为GaN和蓝宝石之间有着较大的晶格常数失配和热导率失配，使得生长的GaN发光层受到压应力，其晶体质量较差，存在大量位错等晶体缺陷，LED芯片的亮度、发光效率、抗ESD能力、抗反向电压性能等受到很大影响。

综上所述，开发一种能有效提高器件发光亮度、提高器件抗静电能力和提高抗反向电压的能力的LED芯片及其制作方法意义重大。

发明内容

本发明公开一种结构精简、能有效提高器件发光亮度、提高器件抗静电能力和提高抗反向电压的能力的高亮度半导体发光二极管芯片(即LED芯片)，具体技术方案如下：

一种高亮度半导体发光二极管芯片，包括图形化蓝宝石衬底，所述图形化蓝宝石衬底包括上表面带有凸起图文的蓝宝石基底，所述凸起图文上设有DBR图层。本发明中：蓝宝石衬底上设置凸起图文，这样在磊晶生长时有利于成核，即生长时首先成核在蓝宝石上表面未覆盖DBR层的部位，有利于减少位错密度，提高晶体质量和抗ESD能力；凸起图文上有DBR，可以提高衬底对有源区发出的光的反射率，从而提高发光强度。通过DBR来制作图形化衬底以及采用蓝宝石基底上的凸起图文和DBR图层的结合，与传统的单纯蓝宝石图形衬底或者蓝宝石衬底整个上表面设DBR图层(不利于后续磊晶生长)相比，具有独特的反射结构，既能确保后续缓冲层等外延层的生长需求，又能改善外延层晶体质量和改善反射有源区发出的光，从而达到提高器件发光亮度、提高器件抗静电能力和提高抗反向电压的能力的效果。

本发明中，DBR图层在380-800nm的可见光波段的反射率大于95％。发光亮度高。

本发明中，所述凸起图文和所述DBR图层所形成的结构的规格是：底端宽度(此处优选直径)为1-4um，高度为1-3um，相邻结构之间的间距为0.2-0.5um；同一结构中，所述DBR图层的高度为所述凸起图文的高度的0.5-2.0倍。采用此种规格参数设置，能进一步获得亮度高及EDS性能好的LED器件。

本发明中，所述DBR图层为由二氧化硅层和二氧化钛层相间层叠而成的结构，各层厚度用光学软件模拟形成分布布拉格反射镜。DBR层材质的选择，材料容易获得且成本低，既能起到很好的绝缘效果，又能起到防止漏电的效果，提高整体装置的安全性；各层的厚度设置形成分布布拉格反射镜，最优反射有源区发出的光，利于提高亮度。