[實用新型]一種具有微結(jié)構(gòu)增透膜的高壓LED芯片

有效

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• 申請日: 2013-05-30
• 公開（公告）號: CN203288594U
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王洪;鐘炯生;黃華茂;吳躍鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 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(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于半導(dǎo)體發(fā)光器件制造領(lǐng)域，具體涉及具有微結(jié)構(gòu)增透膜的高壓LED芯片。

背景技術(shù)

LED是一種節(jié)能、環(huán)保和長壽命、無污染的發(fā)光器件。它的能耗僅為白熾燈的10%，熒光燈的50%。現(xiàn)有公知的大功率LED的光效已經(jīng)能達(dá)到160lm/w，穩(wěn)定工作環(huán)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(qū)動。為了克服上述技術(shù)難題，高壓LED作為一種新型結(jié)構(gòu)的LED應(yīng)運而生。高壓LED的驅(qū)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(lián)，便可以達(dá)到市電的工作電壓220V，便于實現(xiàn)市電的直接驅(qū)動。現(xiàn)有公知的高壓LED一般由藍(lán)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(gòu)成。由于ITO層的折射率較大，大量的光線因全內(nèi)反射而轉(zhuǎn)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(xiàn)在公知的普通工藝高壓LED芯片的結(jié)構(gòu)均為陣列結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)包括：藍(lán)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(dāng)有源層發(fā)光，光子到達(dá)芯片與空氣的分界面的時候，由于折射率的變化，導(dǎo)致大量的光能量被反射回芯片內(nèi)部最終化為熱量散發(fā)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(fā)生導(dǎo)致光效進(jìn)一步減少。直接導(dǎo)致其外量子效應(yīng)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(jié)構(gòu)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(zhì)擴(kuò)散和水汽滲透方面有明顯的優(yōu)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(dǎo)致對器件的電學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響（參見劉寶峰，李洪峰，金立國．《半導(dǎo)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(xué)學(xué)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(yīng)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(xiàn)1.6-1.7的范圍內(nèi)可調(diào)（一般為1.58-1.71）。因此，SiON是目前最為優(yōu)秀的增透膜材料，可以實現(xiàn)較好的反反射性能。

實用新型內(nèi)容

為了克服普通工藝高壓LED的內(nèi)全反射以及反射損耗，提高出光效率，本實用新型提供一種具有微結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)可以有效降低光線的全內(nèi)反射，從而提高出光效率。

本實用新型的技術(shù)方案包括：

一種具有微結(jié)構(gòu)增透膜的高壓LED芯片，包括多個發(fā)光單元，每個發(fā)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(fā)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(fā)光單元之間的電極通過連接橋9連接，每個發(fā)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(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步優(yōu)化的，增透膜所對應(yīng)的增透波長與芯片有源層發(fā)光波長一致。目前高壓芯片均以藍(lán)光為主，發(fā)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(nèi)可調(diào)（一般為1.58-1.71)。

進(jìn)一步優(yōu)化的，所述增透膜厚度為LED發(fā)光波長的四分之一。

進(jìn)一步優(yōu)化的，所述微結(jié)構(gòu)的厚度為增透膜厚度的1/10。

進(jìn)一步優(yōu)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(cè)面，且只有ITO層上方的增透膜具有圓柱狀微結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步優(yōu)化的，所述增透覆蓋芯片的ITO層整個外表面。

進(jìn)一步優(yōu)化的，所述的圓柱狀微結(jié)構(gòu)的圓柱底面半徑為1.5um，高為100埃。

進(jìn)一步優(yōu)化的，所述圓柱狀微結(jié)構(gòu)的相鄰圓柱底面圓心距離為4um～6um。

進(jìn)一步優(yōu)化的，所述增透膜采用PECVD（等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法）沉積SiON薄膜形成，并由ICP(Inductively?Coupled?Plasma–電感耦合等離子體)蝕刻出圓柱狀微結(jié)構(gòu)。