[發明專利]LED芯片及其制備方法

有效

• 申請號: 201010271491.5
• 申請日: 2010-09-03
• 公開（公告）號: CN101944564A
• 公開（公告）日: 2011-01-12
• 發明（設計）人: 姚禹;許亞兵;戚運東;羅正加
• 申請（專利權）人: 湘能華磊光電股份有限公司
• 主分類號: H01L33/22
• 分類號: H01L33/22
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 吳貴明

技術領域

本發明涉及半導體發光器件領域，具體而言，涉及一種大尺寸LED(Light-Emitting?Diode)芯片及其制備方法。

背景技術

LED作為一種節能、環保、低碳的新型發光材料，與傳統照明相比較具有不可比擬的優勢。但是目前LED要在照明領域完全替代其他光源，還需要解決如：光效不理想，成本過高，降低芯片發熱量，提高LED使用壽命等諸多問題，而這些問題全部都受到LED量子效率的制約。早期LED發展集中在提高其內部量子效率上，主要采用如下方法：通過提高壘晶的質量及改變壘晶的結構，使電能不易轉換成熱能，進而間接提高LED的發光效率，從而可獲得70％左右的理論內部量子效率，但是這樣的內部量子效率幾乎已經接近理論上的極限。

而芯片的光取出效率指的是組件內部產生的光子，在經過組件本身的吸收、折射、反射后，實際在組件外部可測量到的光子數目。從而可知，影響取出效率的因素還包括LED芯片材料本身的吸收、芯片的幾何結構、芯片所使用的材料的折射率差及組件結構的光散射特性等。為了最大限度的提高LED芯片的光取出效率，在以往的LED技術改進中，針對以上所述幾點因素做了不同的改進。如芯片幾何結構的優化設計有表面粗化、ITO(Indium?Tin?Oxide(In₂O₃+SnO₂))粗化、倒裝芯片、垂直結構、光子晶體等等。

普通的GaN(氮化鎵)基LED均采用藍寶石作為襯底材料，在其上分別生長N-GaN、多重量子阱、P-GaN等等層疊結構，再在其表面通過蒸鍍或者氣相沉積等方式形成透明導電層、金屬電極和鈍化層。由于GaN材料和ITO材料的折射率分別為2.5和2.1左右，遠遠大于空氣的折射率。根據斯涅耳定律的關系n₁sinθ₁＝n₂sinθ₂，只有小于臨界角(Critical?Angle)θ_c內的光才可以被完全射出，其他的光則被反射回內部或被吸收。經計算該臨界角只有22.2°的圓錐角。這樣由量子阱產生的光仍舊有一大部分光因為全反射而最終消耗在芯片內部，轉化成熱能。這樣既不利于光的取出，也不利于LED的散熱、而影響LED的壽命。在LED向更大尺寸更高功率方向推進的過程中，這種不利影響將表現得更為突出。

因此，如何破壞全反射條件，獲得更好的光取出，就需要在圖形設計方面進行優化改良。

發明內容

本發明旨在提供一種LED芯片及其制備方法，對于幾何尺寸較大的芯片尤為適用。能夠解決由于全反射導致的出射光吸收在芯片內部，而影響光取出、LED芯片的散熱，進而影響LED芯片壽命的問題。

本發明提供了一種LED芯片，該芯片包括外延片，形成在該外延片上的透明電極層和芯片電極，其中，該芯片的邊緣呈波紋狀或者鋸齒狀。

進一步地，上述透明電極層表面具有波紋狀圖案。

進一步地，上述芯片邊緣的波紋狀的圓弧半徑為3-5微米，上述鋸齒狀的縱深為2-3微米。

進一步地，上述透明電極層的厚度為

進一步地，上述透明電極層具有1∶1的蝕刻深度。

另外，本發明提供了一種LED芯片的制備方法，包括以下步驟：在外延片上鍍透明電極層，并進行MESA圖形光刻；化學蝕刻；等離子體刻蝕；透明電極圖形光刻；芯片電極圖形光刻；以及金屬蒸鍍和剝離形成電極，其中，上述MESA圖形光刻所用光刻版的邊緣制作成波紋狀或者鋸齒狀。

進一步地，將上述光刻版的切割道制作成波紋狀或等邊三角形相連的方式。

進一步地，上述切割道的波紋狀呈相鄰兩個半圓形沿一個軸線交錯相連的方式，半圓的半徑大于2微米，小于等于3微米。

進一步地，上述等邊三角形的邊長為5微米。

進一步地，采用ITO蝕刻液對上述透明電極圖形光刻完成后的芯片進行蝕刻，獲得1∶1的蝕刻深度。