[發明專利]一種高出光效率的LED晶片及其制造方法

有效

• 申請號: 201110035644.0
• 申請日: 2011-01-27
• 公開（公告）號: CN102130253B
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發明（設計）人: 樊邦揚;葉國光;梁伏波;楊小東;曹東興
• 申請（專利權）人: 廣東銀雨芯片半導體有限公司
• 主分類號: H01L33/20
• 分類號: H01L33/20;H01L33/46;H01L33/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【技術領域】

本發明涉及一種LED晶片，尤其是涉及一種高出光效率的LED晶片及其制 造方法。

【背景技術】

發光二極管具有體積小、效率高和壽命長等優點，在交通指示、戶外全色 顯示等領域有著廣泛的應用。尤其是利用大功率發光二極管可能實現半導體固 態照明，引起人類照明史的革命，從而逐漸成為目前電子學領域的研究熱點。

為了獲得高亮度的LED關鍵要提高器件的內部量子效率和外量子效率。目 前晶片光提取效率是限制器件外部量子效率的主要因素，主要原因是襯底的材 料、外延材料以及空氣之間的折射率差別較大，導致有源區產生的光在不同折 射率材料界面發生全反射而不能導出晶片。常規晶片的外形為立方體，兩對側 面相互平行，這樣有部分光在兩個端面來回反射，直到完全被晶片所吸收，轉 化為熱能，降低了晶片的出光效率。1993年，M.R.Krames等用磨成角度切割 刀將四元LED晶片切割成倒梯臺形狀。晶片的四個側面不再是相互平行，可以 使得射到晶片側面的光經側面的反射到頂面，以小于臨界角的角度射出；現有 的幾種提高晶片光提取效率的方法主要有改變晶片的幾何外形，減少光在晶片 內部的傳播路程，降低光的吸收損耗，如上述采用倒梯臺結構，控制和改變自 發輻射，通常采用諧振腔或光子晶體等結構；采用表面粗糙方法，使光在粗糙 的半導體和空氣界面發生漫射，增加其透射的機會；此外還有利用倒裝焊技術。 但上述制造工藝相對比較復雜，且制作成本也比較高，不適應于目前大批量工 業化生產的要求。

【發明內容】

本發明要解決的技術問題是提供一種高出光效率的LED晶片，該LED晶片 具有出光效率高及使用壽命長的特點。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種高出光效率的 LED晶片，包括襯底，形成于襯底正面的半導體層，所述半導體層包括依次形 成于襯底正面的N型半導體層、發光層以及P型半導體層，其特征在于：所述 襯底為倒梯臺形狀，倒梯臺襯底的側邊與垂直方向形成的夾角為30～45°；所 述半導體層為倒梯臺形狀，倒梯臺半導體層的側邊與襯底正面形成的夾角為 50～70°，所述半導體層的底部表面積比所述襯底正面的表面積小。

本發明與現有技術相比的有益效果是：由于本發明將襯底設置成倒梯臺形 狀，并將半導體層設置成倒梯臺形狀，半導體層的底部表面積比襯底正面的表 面積小，這樣設置可以增大半導體層的側面發光面積，而襯底正面的表面積比 半導體層的底部表面積大，半導體層側面發出的光可以通過襯底正面將光反射 出去，這樣可以減少光損耗及避免光在半導體層內發生全反射，提高LED晶片 的出光效率；將襯底設置成倒梯臺形狀，這樣設置可以增大襯底的側面發光面 積，半導體層底部發出的光可以通過倒梯臺襯底改變光線的出光角度，減少光 損耗及避免光在襯底內發生全反射，進一步提高LED晶片的出光效率，將光線 最大可能地從LED晶片內導出，避免光能轉化為熱能，大大提高了LED晶片的 使用壽命。

優先地，所述倒梯臺襯底的側邊與垂直方向形成的夾角為38°；所述倒梯 臺半導體層的側邊與襯底正面形成的夾角為60°。這種結構是光在LED晶片內 導出的最佳角度，可以大大提高LED晶片的出光效率及延長LED晶片的使用壽 命。

優先地，所述襯底與N型半導體層之間還設置有一層緩沖層，所述緩沖層 與所述N型半導體層形成倒梯臺形狀，緩沖層的底部表面積比所述襯底正面的 表面積小。這種結構的目的是為了使半導體層與襯底之間結合更好，同時也是 為了提高LED晶片的出光效率、良率以及延長LED晶片的使用壽命。

優先地，所述倒梯臺襯底的背面及側面設置有反射層。這種結構是為了使 光從LED晶片的上表面出去，避免光從襯底的底部及側邊導出，減少光損耗， 使LED晶片出來的光更集中。

本發明要解決的另一技術問題是提供一種高出光效率的LED晶片制造方 法，該方法制造LED晶片具有出光效率高及使用壽命長的特點。