[發明專利]一種提高量子效率的LED芯片及其制備方法

在審

• 申請號: 201310123583.2
• 申請日: 2013-04-09
• 公開（公告）號: CN104103727A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發明（設計）人: 朱忠才;陳四海
• 申請（專利權）人: 江蘇穩潤光電有限公司
• 主分類號: H01L33/36
• 分類號: H01L33/36;H01L33/44
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及半導體發光二極管LED光源，特別涉及一種照明領域的白光LED芯片的制造方法。?

背景技術

發光二極管LED是一種新型光源，和傳統光源相比它具有很多優點：長壽、節能、低電壓、體積小、無污染。LED自誕生以來，技術在不斷進步，發光效率在不斷提高，目前白光LED發光效率已經超過普通熒光燈，LED已開始進入照明領域。?

目前LED技術已經取得很大成果，但是LED電光轉換效率還不是很高，主要在于LED的外量子效率不高。外量子效率η_e為每注入一對載流子在LED外發出的光子數，它是內量子效率η_i、載流子注入效率η_j和出光效率η_ex的乘積：?

η_e＝η_iη_jη_ex

內量子效率η_i是一個和輻射復合的微過程密切相關的參數，它定義為在一定注入條件下，單位時間內輻射復合產生的光子數與單位時間內注入的載流子對數之比。對于GaN基LED器件，其量子阱、異質結構載流子限制效應以及量子限制斯塔克效應(QCSE)將對內量子效率起著重要影響。?

LED的注入效率η_j為，在一定的注入條件下，單位時間內注入到發光區中產生復合的載流子數與注入載流子總數之比。提高載流子注入效率的方法主要是提高空穴的注入和降低電子的泄露。這主要表現在提高空穴的遷移率，優化電子阻擋層和增加電子隧穿勢壘層(ETB)，同時優化量子阱的結構及界面，減少溢流和表面復合，降低漏電通道。?

出光效率η_ex是指發光二極管單位時間內發出的光子數與有源區內輻射復合產生的光子數之比。有源區的光子一部分被晶體吸收，一部分在界面處被反射回到晶體內部。增加出光效率主要是減少晶體內部吸收和增加表面透光率，這基本上是通過芯片表面微結構、芯片形狀及封裝來解決。在外延技術上，通過提高出射窗口的材料帶隙寬度及材料質量，使用結構襯底或掩膜工藝、二次外延、制造表面微結構等，以增加出光效率。?

在提高出光效率的諸多方法中制造表面微結構是經常被采用而且工藝簡單。?

如果LED芯片表面不制造微結構，其有源層中，少子結合產生光子隨機射往各個方向，其中很少比例光子被反射、全反射而能沿組件設計的光軸射出成為有效光子，使有效光子數減少，出光效率降低。?

制造表面微結構的LED芯片，如圖1所示，現有的工藝都是把P型或N型GaN圖形化，有源層中少子結合產生光子隨機射往各個方向，此時大部分光子不被反射、全反射，而能沿?組件設計的光軸射出成為有效光子，使有效光子數增加，提高出光效率。這種粗化方式有它的缺陷：LED芯片表面凸凹不平，芯片厚度不均勻，使得電阻不均勻、電流分布不均勻；抗靜電能力也差容易擊穿；在凸凹不平的凹處容易刮傷有源層。?

發明內容

本發明提供一種照明用LED芯片的制備方法，通過改進芯片制作工藝克服現有技術帶來的不足，用該方法制造的LED芯片抗靜電能力強、不易擊穿、不易刮傷晶體、一定程度上保護芯片且LED芯片有高的出光效率。?

在LED外延片的P型電極上制作一個無光刻的隨機SiO₂掩膜，通過控制MOCVD生長條件，二次外延可以形成可控尺度和密度的折射率為n的周期性圖形，圖形的邊沿<1120>方向，圖形尺度在250-300μm左右，間距40μm左右。此粗糙表面破壞了LED的表面對稱性，從而提高出光效率，使得LED外量子效率提高約60％。這種表面粗化技術比其他工藝表面粗化技術(如光化學刻蝕、增強耦合等離子體刻蝕等方法)可以更好地控制漏電流問題。?

折射率為n的粗化材料有三種情況：?

(1)、n小于P型GaN折射率；?

(2)、n等于P型GaN折射率；?

(3)、n大于P型GaN折射率；?

考慮各種因素，選用折射率n大于P型GaN折射率，折射率n越大從發光層發出的光越容易出射，光出射時不容易發生全反射。?

附圖說明

圖1是傳統方法采用的表面粗化LED芯片。?

藍寶石襯底-310、GaN緩沖層(320、330)、N型電極(340)、反射層(350)、N型GaN(360)、電子隧穿層(370)、有源層(380)、P型GaN(390)、P型電極(400)。?