專利名稱：一種提高大功率GaN基LED芯片外量子效率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大功率LED的外量子效率問(wèn)題，具體涉及一種提高大功率GaN基LED芯片 外量子效率的方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的不斷進(jìn)步和新型材料的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用，GaN基藍(lán)色發(fā)光二極管技術(shù) 趨于成熟，使得采用藍(lán)光LED芯片加黃色熒光粉的白光LED固體光源的性能不斷完善并進(jìn)入 實(shí)用階段，目前市售瓦級(jí)大功率白光LED的發(fā)光效率已從2005年的301m/W上升到2007年 初的751m/W，發(fā)光效率有了明顯的提高，但與理論上出光效率2001m/W (參見(jiàn)劉行仁等人發(fā) 表的"白光LED現(xiàn)狀和問(wèn)題"，《光源與照明》，2003年9月，第3期)相比還有較大的差距， 這主要是藍(lán)光LED芯片出光效率不高的原因。大功率LED的發(fā)光效率包括內(nèi)量子效率和外量 子效率，內(nèi)量子效率為有源層中電子與空穴復(fù)合時(shí)的發(fā)光效率，外量子效率為發(fā)光層所發(fā)出 的光從芯片表面出射的效率。目前大功率LED的內(nèi)量子效率已經(jīng)很高，達(dá)到90%以上，但由 于GaN這種材料本身的的折射率比較高，對(duì)于平面片狀的LED出光表面，有源層所發(fā)出的光 從芯片的平面表面出射時(shí)的全發(fā)射的臨界角比較小，因此有源層所發(fā)出的光的很大一部分在 芯片的表面發(fā)生全反射，同時(shí)這些發(fā)生全反射的光在芯片的內(nèi)部不斷穿越有源層并被其吸收 而產(chǎn)生熱，這樣影響了芯片的發(fā)光效率和整體性能的提高。在先技術(shù)中，為了提高大功率LED 的外量子效率，采用在GaN表面通過(guò)激光表面粗化及激光剝離襯底(參見(jiàn)張國(guó)義等人發(fā)表的 "固態(tài)照明光源的基石一氮化鎵基白光發(fā)光二極管"，《物理學(xué)與高新技術(shù)》，第33巻，第ll 期，2004.11)的方法，但這些提高大功率LED外量子效率的方法都未能有效地解決芯片高折 射率材料GaN表面的全反射問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種提高大功率GaN基LED芯片外量子效率的方法。其目的在于克服現(xiàn)有的 平面片狀大功率LED芯片，由于表面全反射臨界角過(guò)小而引起的外量子效率不高的問(wèn)題。
本發(fā)明技術(shù)解決方案的原理是制備并采用半球形的藍(lán)寶石或GaN襯底、在襯底上生長(zhǎng) 的半球形GaN薄膜、以及在GaN薄膜中間的有源發(fā)光層，由于襯底是半球形的，所以在其上 可以采用MOCVD技術(shù)生長(zhǎng)出半球形的GaN及其半球形的有源發(fā)光層，當(dāng)球的半徑足夠小時(shí)，從有源層發(fā)出的光入射到球形的GaN表面時(shí)，由于出射面的球面形狀，有源層所發(fā)出的光的 絕大部分在球面出射面上的入射角總是小于全反射的臨界角，不會(huì)發(fā)生全反射而從該表面穿 透出去，從而使芯片的外量子效率獲得提高，同時(shí)由于有源層所發(fā)出的絕大部分光可以從芯 片的表面取出，減少了芯片內(nèi)部有源層對(duì)光的吸收而引起的溫度升高的程度，從而又可提高 芯片的性能。
本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下
一種提高大功率GaN基LED芯片外量子效率的方法，LED芯片采用藍(lán)寶石或GaN襯底、 在襯底上生長(zhǎng)的GaN薄膜、以及在GaN薄膜中間的有源發(fā)光層，其特征在于藍(lán)寶石或GaN 襯底為半球形，在襯底上生長(zhǎng)的GaN薄膜以及在GaN薄膜中間的有源發(fā)光層均為半球形。 有源發(fā)光層發(fā)出的光經(jīng)GaN薄膜表面出射時(shí)，讓入射角小于全反射的臨界角。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于由于襯底是半球形的，所以在其上可以采用MOCVD技 術(shù)生長(zhǎng)出半球形的GaN薄膜及其半球形的有源發(fā)光層，當(dāng)球的半徑足夠小時(shí)，從有源層發(fā)出 的光的經(jīng)半球形GaN表面出射時(shí)，其入射角總是小于全反射的臨界角，在該半球面上不會(huì)發(fā) 生全反射，絕大部分光可以透射出去，從而使芯片的外量子效率獲得提高，同時(shí)由于有源層 所發(fā)出的絕大部分光可以從芯片的表面取出，減少了芯片內(nèi)部有源層對(duì)光的吸收而引起芯片 溫度升高的程度，從而又可提高芯片的性能。


圖l為本發(fā)明的半球形大功率GaN基LED芯片結(jié)構(gòu)示意圖。 1.藍(lán)寶石襯底，2. GaN薄膜，3.有源發(fā)光層，4.有源發(fā)光層發(fā)出的光，5.出射光束。
具體實(shí)施例方式
一種提高大功率GaN基LED芯片外量子效率的方法，LED芯片采用藍(lán)寶石或GaN襯底 1、在襯底上生長(zhǎng)的GaN薄膜2、以及在GaN薄膜中間的有源發(fā)光層3，藍(lán)寶石或GaN襯底 為半球形，在襯底上生長(zhǎng)的GaN薄膜以及在GaN薄膜中間的有源發(fā)光層均為半球形。
有源發(fā)光層發(fā)出的光4經(jīng)GaN薄膜表面出射時(shí)，出射光束5的入射角小于全反射的臨界角。
本實(shí)施例是在一塊尺寸為20mmX20mm、厚度為3mm的半球形的藍(lán)寶石上制備半徑為lmm 的半球形的襯底1,然后在該襯底上采用MOCVD的方法生長(zhǎng)LED的半球形GaN薄膜2及其中的有源發(fā)光層3，并制備好電極，當(dāng)通有恒流的直流電流后，有源發(fā)光層發(fā)出的光4在入射 到半球面表面上時(shí)，出射光束5的入射角小于全反射的臨界角，不會(huì)發(fā)生全反射而從該截面 穿透出去。
本發(fā)明采用在半球形藍(lán)寶石或GaN襯底上生長(zhǎng)半球形出光面的大功率GaN基LED芯片， 讓有源發(fā)光層所發(fā)出的光在球形出光面上的入射角小于全反射的臨界角，克服了在先技術(shù)平 面片狀大功率LED芯片，外量子效率較低的現(xiàn)象，極大地提高了大功率GaN基LED的外量 子效率，即出光效率。
權(quán)利要求
1.一種提高大功率GaN基LED芯片外量子效率的方法，LED芯片采用藍(lán)寶石或GaN襯底(1)、在襯底上生長(zhǎng)的GaN薄膜(2)、以及在GaN薄膜中間的有源發(fā)光層(3)，其特征在于藍(lán)寶石或GaN襯底(1)為半球形，在襯底上生長(zhǎng)的GaN薄膜(2)以及在GaN薄膜中間的有源發(fā)光層(3)均為半球形。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高大功率GaN基LED芯片外量子效率的方法，其特征在于-有源發(fā)光層發(fā)出的光(4)經(jīng)GaN薄膜表面出射時(shí)，讓入射角小于全反射的臨界角。
全文摘要
一種提高大功率GaN基LED芯片外量子效率的方法，其特點(diǎn)是采用半球形藍(lán)寶石或GaN襯底，在襯底上生長(zhǎng)半球形GaN薄膜、以及在GaN薄膜中間的有源發(fā)光層，有源發(fā)光層所發(fā)出的光線經(jīng)GaN薄膜表面出射時(shí)，讓入射角小于全反射的臨界角。由于襯底是半球形，在其上可以采用MOCVD技術(shù)生長(zhǎng)出半球形的GaN及其半球形的有源發(fā)光層，當(dāng)球的半徑足夠小時(shí)，從有源層發(fā)出的光經(jīng)半球形GaN表面出射時(shí)，由于入射角小于全反射的臨界角，所以不會(huì)發(fā)生全反射，大部分光可以從該球面上透射出去，從而使芯片的外量子效率獲得提高，同時(shí)可以降低芯片的工作溫度，提高芯片性能。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101290956SQ20071003951
公開(kāi)日2008年10月22日 申請(qǐng)日期2007年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月16日
發(fā)明者吳中林, 徐華斌, 林 陳 申請(qǐng)人:上海第二工業(yè)大學(xué)