[實用新型]提高量子效率的大功率發(fā)光二極管芯片

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200720076694.2
• 申請日: 2007-10-26
• 公開（公告）號: CN201149873Y
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 甘志銀;劉勝;王愷;汪沛
• 申請（專利權(quán)）人: 甘志銀;劉勝
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 上海市華誠律師事務(wù)所
• 代理人: 李平

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種半導(dǎo)體器件，特別涉及一種提高量子效率的大功率發(fā)光二極管芯片。

背景技術(shù)

發(fā)光二極管LED是一類可直接將電能轉(zhuǎn)化為可見光和輻射能的發(fā)光器件，被認(rèn)為是固態(tài)照明中最重要的光源。與傳統(tǒng)光源相比，它具有尺寸小、功耗小、壽命長、顯色性能好、可靠性高、響應(yīng)時間短、環(huán)保、安全等一系列優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于汽車車燈、交通指示燈、大屏幕全色顯示、白光照明等方面，并隨著不斷的發(fā)展研究，其應(yīng)用范圍日益廣闊。

LED市場的巨大需求促進(jìn)LED技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。概括起來，LED將朝四個方面發(fā)展：高亮度；全色化；低成本；長壽命。LED作為一種光源，高亮度一直是人們所追求的目標(biāo)，亮度取決于它的發(fā)光效率。傳統(tǒng)光源中，日光燈的發(fā)光效率為60～100lm/W，高壓鈉燈的發(fā)光效率為60～120lm/W，而大功率GaN基白光LED的發(fā)光效率目前最高也只有近100lm/W，一般只有30～50lm/W。因此，LED要取代傳統(tǒng)光源，還需要進(jìn)一步提高其發(fā)光效率。2)LED的發(fā)光效率由內(nèi)量子效率和外量子效率共同決定。目前，多數(shù)LED的內(nèi)量子效率可達(dá)90％以上，GaAs紅光LED的內(nèi)量子效率高達(dá)99％，幾乎接近100％，但它的外量子效率卻非常有限，這主要是由于它的光提取效率很低。由于半導(dǎo)體材料和空氣的折射率相差較大，光在界面處存在全反射和菲涅爾衍射等光學(xué)損耗，在LED發(fā)光表面只有極少一部分光能夠出射(如GaAs的折射率約為2.4，全反射角為23°，出光效率不到15％)。另外，晶格缺陷對光的吸收、襯底對光的吸收、金屬接觸處對光的吸收以及有源層對光的吸收等均是是造成光提取效率不高的原因。因此，人們用各種辦法來減少和消除這些因素的影響，目前提高光提取效率的方法，僅僅在芯片表面做各種微結(jié)構(gòu)，雖然光的提取效率有所提高，但目前最好的光提取效率只能達(dá)到40％，通過當(dāng)前技術(shù)的優(yōu)化進(jìn)一步提高存在困難，主要因為芯片本身是一個光波導(dǎo)，光在芯片內(nèi)來回反射特別是水平面內(nèi)來回傳播造成損耗。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的發(fā)明目的針對已有技術(shù)中存在的缺陷，本實用新型提供了一種提高量子效率的大功率發(fā)光二極管芯片。

本實用新型主要包括：外延層、襯底，其特征在于所述外延層生長在襯底上，外延層刻蝕為微單元結(jié)構(gòu)的陣列，外延層頂面沉積一導(dǎo)光層，導(dǎo)光層上制作有微結(jié)構(gòu)，或直接在外延層頂面制作有微結(jié)構(gòu)，微單元結(jié)構(gòu)的形狀為正梯形臺或倒梯形臺或長方體或正方體陣列，微單元結(jié)構(gòu)的陣列減小光傳播過程中水平方向的光損失，增加光在垂直表面的出射能量。導(dǎo)光層上的微結(jié)構(gòu)為凹圓或凹槽或凹錐形或凹環(huán)形或球冠微透鏡或上述形狀的組合。外延層的微單元結(jié)構(gòu)的側(cè)壁沉積一層反光膜或微結(jié)構(gòu)的側(cè)壁形狀為全反射角或接近全反射或微結(jié)構(gòu)之間填充不同折射率材料。本實用新型的優(yōu)點(diǎn)是采用微單元結(jié)構(gòu)的陣列提高了發(fā)光二極管的量子效率，增加發(fā)光二極管的散熱效率，通過引入導(dǎo)光層上加工微結(jié)構(gòu)，更加有效地提高了發(fā)光二極管的量子效率，使發(fā)光二極管照明光源更加節(jié)能。

附圖說明

圖1正裝結(jié)構(gòu)GaN基LED直接分割外延層并加工有導(dǎo)光層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2a正裝結(jié)構(gòu)LED外延層刻蝕成正梯形臺結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖2b正裝結(jié)構(gòu)LED外延層刻蝕成正梯形臺結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖2c正裝結(jié)構(gòu)LED外延層刻蝕成正梯形臺結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖2d正裝結(jié)構(gòu)LED外延層刻蝕成正梯形臺結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖3a外延層刻蝕成正梯形臺的正裝LED結(jié)構(gòu)的俯視圖；

圖3b外延層刻蝕成正梯形臺的正裝LED結(jié)構(gòu)的截面圖；

圖4倒裝結(jié)構(gòu)LED的橫截面圖；

圖5外延層刻蝕成微金字塔陣列后表面加工微結(jié)構(gòu)的垂直結(jié)構(gòu)LED的制作工藝過程示意圖；

圖6外延層刻蝕成微金字塔陣列后表面加工微結(jié)構(gòu)的垂直結(jié)構(gòu)LED橫截面示意圖；

圖7新材料鑲嵌分割外延層結(jié)構(gòu)LED的橫截面圖。

1?P型GaN層、2?N型GaN層、3?有源層、4?本征GaN層、5?襯底、6?導(dǎo)光層、7?p型電極、8?n型電極、9?p型電流擴(kuò)展層、10?外延層、11新襯底、12?緩沖層、13?反光膜、14?新材料

具體實施方式

實施例一

參見圖1，圖2a、圖2b、圖2c、圖2d，圖3a、圖3b。