[實用新型]大尺寸LED芯片

有效

• 申請號: 201220621155.3
• 申請日: 2012-11-22
• 公開（公告）號: CN202930386U
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 黃華茂;王洪;楊潔;耿魁偉
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01L27/15
• 分類號: H01L27/15;H01L33/20;H01L33/22;H01L33/38
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本實用新型涉及LED芯片領域，特別是涉及一種提高大尺寸LED芯片發光效率的新型結構。

背景技術

雖然LED芯片及器件已經開始商品化，但是限制其廣泛應用的主要問題仍然是高成本與低發光效率，單位流明/瓦的價格偏高。提高LED發光效率的途徑是提高其內量子效率和光提取效率。由于工藝進步及結構優化，LED芯片的內量子效率達到80%以上，已沒有太大的提升空間。而受全反射作用的限制，傳統LED芯片的光提取效率很低，成為高能效LED的主要瓶頸。例如，在藍光440nm波長處，GaN（折射率n₁=2.5）和空氣（折射率n₂=1）分界面的全反射角為θ?=?arcsin(n₂/n₁)?=?23.6°，大約只有4%的光能夠從該界面透射出去。留在器件內部的光線，經不同材料的分界面多次反射后，最終被有源層、金屬電極、焊點以及襯底吸收，轉化為熱能。因此，設計新的芯片結構改善光提取效率是提高LED?發光效率的主要途徑。

一般的LED芯片外形都是長方體，光線從折射率較高的半導體材料向折射率較低的空氣出射，在六個面都有受全反射角限制的可透射區域。為了增強側向傳播的光線的出光效率，已有文獻報道異型結構的單個LED芯片，包括倒金字塔結構（Krames,?M.?R.,?et?al.?(1999).?Applied?Physics?Letters?75(16):?2365-2367）、從三角形到七邊形的多邊形結構（Wang,?X.?H.,?et?al.?(2010).?Journal?of?Applied?Physics?108(2):?023110）和圓柱形結構（Wang,?X.?H.,?et?al.?(2009).?Opt.?Express?17(25):?22311-22319）。但是，由于藍寶石襯底的硬度很高，倒金字塔結構的加工難度大、成本高。對于傳統的長方體結構，工業上的芯片切割工藝只需多次橫向切割和縱向切割即可完成；而對于大部分的多邊形結構和圓柱形結構，切割工藝復雜，良率也低。

為便于工業上的芯片切割，可保持襯底為長方體。僅對外延層進行塑形，也可增強側面傳播的光線的出光效率，已有文獻報道包括倒金字塔結構（Chih-Chiang,?K.,?et?al.?(2005).?Photonics?Technology?Letters,?IEEE?17(1):?19-21）和正圓臺結構（Jae-Soong,?L.,?et?al.?(2006).?Photonics?Technology?Letters,?IEEE?18(15):?1588-1590）。

此外，在傳統小尺寸LED芯片上的側面粗化技術（Chang,?C.?S.,?et?al.?(2004).?Photonics?Technology?Letters,?IEEE?16(3):?750-752）可進一步增強側面傳播的光線的出光效率。

芯片塑形技術和側面粗化技術對小尺寸的芯片具有較好的效果。但由于半導體材料的吸收，對于大尺寸的LED芯片，這兩種技術僅對芯片邊緣的光線有效。為提高大尺寸LED芯片的發光效率，一個辦法就是將大尺寸的LED芯片劃分為多個小尺寸的發光單元，以減少光線的逃逸路徑。對每個發光單元應用塑形技術和側面粗化技術，可有效地增強大尺寸LED芯片的光提取效率。

對于具備多個發光單元的大尺寸LED芯片，包括大功率的高壓LED芯片，芯片與芯片之間的分割需要考慮襯底的切割問題，故可保持襯底為長方體；但發光單元與發光單元的分割只需要經過光刻工藝和刻蝕工藝，所以發光單元可為任意的形狀。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服現有技術存在的上述不足，提供大尺寸LED芯片。

為實現上述目的，本實用新型所采用的技術方案如下：

大尺寸LED芯片，包括襯底和外延層，所述襯底為長方體，所述外延層分割成多個發光單元，發光單元的側壁具有微結構。

進一步改進的，所述發光單元的橫截面中最大寬度為100μm-500μm，各發光單元的橫截面的尺寸相同或者不同，發光單元的排列呈隨機分布或周期分布。

進一步改進的，所述發光單元的側壁具有的微結構的橫截面形狀包括但不限于三角形、矩形、半圓形、拋物線型、正弦形，微結構的橫截面中最大寬度為0.15μm-10μm，微結構在發光單元側壁的排列呈隨機分布或周期分布。