[發(fā)明專利]一種LED芯片及其制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210533174.5
• 申請日: 2012-12-11
• 公開（公告）號: CN102983236A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 畢少強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 映瑞光電科技（上海）有限公司
• 主分類號: H01L33/02
• 分類號: H01L33/02;H01L33/00
• 代理公司: 上海思微知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及LED制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種LED芯片及其制作方法。

背景技術(shù)

發(fā)光二極管（LED，Light?Emitting?Diode）是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件，其利用半導(dǎo)體PN結(jié)作為發(fā)光材料，可以將電轉(zhuǎn)換為光。當(dāng)半導(dǎo)體PN結(jié)的兩端加上正向電壓后，注入PN結(jié)中的電子和空穴發(fā)生復(fù)合，將過剩的能量以光子的形式釋放出來。LED具有壽命長，功耗低的優(yōu)點，隨著技術(shù)的日漸成熟，LED的運(yùn)用領(lǐng)域也越來越多元化，對LED芯片的功率和亮度的要求也越來越高，如何提高LED芯片的功率是LED發(fā)展中遇到的難題之一。LED的功率與LED的內(nèi)量子效率（IQE，Internal?Quantum?Efficiency)、光析出率(LEE，Light?Extraction?Efficiency)與外量子效率(EQE，External?Quantum?Efficiency)息息相關(guān)，簡單地說，IQE是注入電子與空穴復(fù)合發(fā)光的效率的體現(xiàn)，LEE是這些光逸出LED效率的體現(xiàn)，EQE為IQE與LEE之積，即注入電子轉(zhuǎn)化為能逸出LED光的效率的體現(xiàn)。

研究表明，注入電流密度超過一定值時，內(nèi)量子效率并沒有隨注入電流的上升而上升。這是由于量子阱局域態(tài)被填滿，電子只能通過缺陷能級與空穴無輻射復(fù)合。并且，LED的PN結(jié)作為雜質(zhì)半導(dǎo)體，存在著材料品質(zhì)、位錯因素以及工藝上的種種缺陷，會產(chǎn)生雜質(zhì)電離、激發(fā)散射和晶格散射等問題，使電子從導(dǎo)帶躍遷到價帶時與晶格原子或離子交換能量時發(fā)生無輻射躍遷，也就是不產(chǎn)生光子，這部分能量不轉(zhuǎn)換成光能而轉(zhuǎn)換成熱能損耗在PN結(jié)內(nèi)，影響LED的內(nèi)量子效應(yīng)。

而對LED的LEE限制因素是材料的折射率和封裝結(jié)構(gòu)。當(dāng)光線從高折射率的物質(zhì)向低折射率的物質(zhì)入射時，部分光會在界面上發(fā)生反射，并且當(dāng)入射角大于全反射角時，會發(fā)生全反射。發(fā)生全反射時，光線無法進(jìn)入低折射率的物質(zhì)，只有入射角度小于全反射臨界角的光線才能低折射率的物質(zhì)而發(fā)射出去時。因此，LED芯片內(nèi)部產(chǎn)生的光線只有一部分能發(fā)射出去，大大降低了LED的效率。

雖然目前各種方法被運(yùn)用到LED的制造上以提高IQE和LEE，比如有源層采用多量子阱結(jié)構(gòu)、圖形化襯底、外延緩沖層等方法，并取得了一定的進(jìn)展。但是持續(xù)提高LED的發(fā)光效率仍是不斷探索和努力改進(jìn)的方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種LED芯片及其制作方法，用以提高LED芯片的發(fā)光效率。

為解決以上問題，本發(fā)明提供一種LED芯片，包括襯底以及依次于所述襯底上的N型GaN層、有源層和P型GaN層，在所述有源層與其相鄰層的界面上形成有第一金屬納米顆粒陣列。

可選的，所述第一金屬納米顆粒陣列的金屬納米顆粒包括金屬芯和電介質(zhì)外殼。

可選的，所述金屬芯材質(zhì)為Au或Ag。

可選的，所述電介質(zhì)外殼材質(zhì)為SiO₂。

可選的，所述第一金屬納米顆粒陣列的金屬納米顆粒的形狀為球形、橢球形或三角錐形中的一種。

可選的，所述第一金屬納米顆粒陣列的金屬納米顆粒的形狀為球形。

可選的，所述第一金屬納米顆粒陣列的金屬納米顆粒之間的間距大于等于所述金屬納米顆粒的直徑。

可選的，所述第一金屬納米顆粒陣列形成于所述有源層與P型GaN層的界面上。

可選的，所述第一金屬納米顆粒陣列形成于所述有源層與N型GaN層的界面上。

可選的，在所述P型GaN層表面形成有第二金屬納米顆粒陣列。

可選的，所述襯底是經(jīng)過圖形化處理的藍(lán)寶石襯底。

本發(fā)明還提供上述的LED芯片的制造方法，包括：

提供襯底，在所述襯底上形成N型GaN層；

在所述N型GaN層上形成有源層和第一金屬納米顆粒陣列；

在所述N型GaN層上形成P型GaN層。

可選的，先在N型GaN層上形成第一金屬納米顆粒陣列，然后形成有源層。

可選的，先在N型GaN層上成有源層，然后在有源層上形成第一金屬納米顆粒陣列。

可選的，所述第一金屬納米顆粒陣列的金屬納米顆粒包括金屬芯和電介質(zhì)外殼。

可選的，所述第一金屬納米顆粒陣列的金屬納米顆粒的形狀為球形、橢球形或三角錐形中的一種。

可選的，所述第一金屬納米顆粒陣列的金屬納米顆粒之間的間距大于等于所述金屬納米顆粒的尺寸。

可選的，在形成P型GaN層之后在所述P型GaN層表面形成第二金屬納米顆粒陣列。