[發明專利]一種具有微結構增透膜的高壓LED芯片

在審

• 申請號: 201310211074.5
• 申請日: 2013-05-30
• 公開（公告）號: CN103268882A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 王洪;鐘炯生;黃華茂;吳躍鋒
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01L27/15
• 分類號: H01L27/15;H01L33/44
• 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

本發明屬于半導體發光器件制造領域，具體涉及具有微結構增透膜的高壓LED芯片。

背景技術

LED是一種節能、環保和長壽命、無污染的發光器件。它的能耗僅為白熾燈的10%，熒光燈的50%?，F有公知的大功率LED的光效已經能達到160lm/w，穩定工作環境為直流350mA的電流，工作電壓一般為3V，無法使用市電直接驅動。為了克服上述技術難題，高壓LED作為一種新型結構的LED應運而生。高壓LED的驅動電流一般為20mA，工作電壓一般為45-50V，一般將4顆高壓LED直接串聯，便可以達到市電的工作電壓220V，便于實現市電的直接驅動?，F有公知的高壓LED一般由藍寶石襯底、緩沖層、N型層、量子阱層、P型層、P層以及N層上的電極，連接橋、ITO層等構成。由于ITO層的折射率較大，大量的光線因全內反射而轉換為熱量損耗掉。同時，由于界面折射率的突變引起光線的反射損耗，從而對高壓的LED的出光效率造成不良影響。

現在公知的普通工藝高壓LED芯片的結構均為陣列結構，它在一個外延片上，將一顆45*45mil的芯粒劃分為若干個小芯片顆粒（一般為15-17顆）。主要結構包括：藍寶石襯底、緩沖層、N型層、量子阱層、P型層、P層以及N層上的電極、連接橋、ITO層。在不考慮材料的光吸收的前提下，當有源層發光，光子到達芯片與空氣的分界面的時候，由于折射率的變化，導致大量的光能量被反射回芯片內部最終化為熱量散發出去。同時，界面之間折射率的變化，光從芯片射向外界的時候，全反射的發生導致光效進一步減少。直接導致其外量子效應低下。

目前常用的增透膜材料主要有氮化硅（SiN_x）、二氧化硅（SiO₂）、氮氧化硅(SiON_x)幾種,也有使用金屬氧化膜的。其中，二氧化硅薄膜的成本最低，但是結構較為疏松，真空密度較高，防潮抗金屬離子玷污能力相對較差。氮化硅（一般為Si₃N₄）薄膜相比二氧化硅在抗雜質擴散和水汽滲透方面有明顯的優勢，但是氮化硅薄膜與芯片界面之間存在大量的界面電荷和缺陷，導致對器件的電學性質產生了嚴重的影響（參見劉寶峰，李洪峰，金立國．《半導體器件鈍化層Si₃N₄薄膜的制備與特性研究》[J]．哈爾濱理工大學學報，2003，8(6)：10）。并且二氧化硅和氮化硅的折射率分別為1.45和2.0，而最好的增透膜材料的折射率應盡量接近1.58。因而前面兩者并非具有較佳的透射性能的增透膜材料。而SiON的折射率可以實現1.6-1.7的范圍內可調（一般為1.58-1.71）。因此，SiON是目前最為優秀的增透膜材料，可以實現較好的反反射性能。

發明內容

為了克服普通工藝高壓LED的內全反射以及反射損耗，提高出光效率，本發明提供一種具有微結構增透膜的高壓LED芯片。所述增透膜能有效降低由折射率突變引起的反射損耗。而其表面微結構可以有效降低光線的全內反射，從而提高出光效率。

本發明的技術方案包括：

一種具有微結構增透膜的高壓LED芯片，包括多個發光單元，每個發光單元從下至上依次包括寶石襯底1、緩沖層2、N型層3、量子阱層4、P型層5和ITO層6，每個發光單元還包括P型層上的電極7和N型層上的電極8，相鄰發光單元之間的電極通過連接橋9連接，每個發光單元還包括覆蓋在ITO層上的增透膜10，位于ITO層6上方的增透膜頂面具有圓柱狀微結構。

進一步優化的，增透膜所對應的增透波長與芯片有源層發光波長一致。目前高壓芯片均以藍光為主，發光波長約為455nm。選用SiON作為膜層材料，其折射率在1.6-1.7的范圍內可調（一般為1.58-1.71）。

進一步優化的，所述增透膜厚度為LED發光波長的四分之一。

進一步優化的，所述微結構的厚度為增透膜厚度的1/10。

進一步優化的，所述增透膜除覆蓋ITO層上方外，還覆蓋ITO層上表面至N型層上的電極8之間的側面，且只有ITO層上方的增透膜具有圓柱狀微結構。

進一步優化的，所述增透覆蓋芯片的ITO層整個外表面。

進一步優化的，所述的圓柱狀微結構的圓柱底面半徑為1.5um，高為100埃。

進一步優化的，所述圓柱狀微結構的相鄰圓柱底面圓心距離為4um～6um。