專利名稱：高亮度led芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型高亮度LED芯片，屬于LED芯片技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管LED是一種新型光源，和傳統(tǒng)光源相比它具有很多優(yōu)點(diǎn)長(zhǎng)壽、節(jié)能、 低電壓、體積小、無(wú)污染。LED自誕生以來，技術(shù)在不斷進(jìn)步，發(fā)光效率在不斷提高，目前白光 LED發(fā)光效率已經(jīng)超過普通熒光燈，LED已開始進(jìn)入照明領(lǐng)域。目前LED技術(shù)已經(jīng)取得很大成果，但是LED電光轉(zhuǎn)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(duì)載流子在LED外發(fā)出的光子數(shù)，它是 內(nèi)量子效率n i、載流子注入效率n j和出光效率nex的乘積Ile= Jli η」Jlex內(nèi)量子效率Jli是一個(gè)和輻射復(fù)合的微過程密切相關(guān)的參數(shù)，它定義為在一定注 入條件下，單位時(shí)間內(nèi)輻射復(fù)合產(chǎn)生的光子數(shù)與單位時(shí)間內(nèi)注入的載流子對(duì)數(shù)之比。對(duì)于 GaN基LED器件，其量子阱、異質(zhì)結(jié)構(gòu)載流子限制效應(yīng)以及量子限制斯塔克效應(yīng)(QCSE)將對(duì) 內(nèi)量子效率起著重要影響。LED的注入效率η」為，在一定的注入條件下，單位時(shí)間內(nèi)注入到發(fā)光區(qū)中產(chǎn)生復(fù) 合的載流子數(shù)與注入載流子總數(shù)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(xiàn)在提高空穴的遷移率，優(yōu)化電子阻擋層和增加電子隧穿勢(shì) 壘層(ETB)，同時(shí)優(yōu)化量子阱的結(jié)構(gòu)及界面，減少溢流和表面復(fù)合，降低漏電通道。出光效率是指發(fā)光二極管單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的光子數(shù)與有源區(qū)內(nèi)輻射復(fù)合產(chǎn) 生的光子數(shù)之比。有源區(qū)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(nèi)部。 增加出光效率主要是減少晶體內(nèi)部吸收和增加表面透光率，這基本上是通過芯片表面微結(jié) 構(gòu)、芯片形狀及封裝來解決。在外延技術(shù)上，通過提高出射窗口的材料帶隙寬度及材料質(zhì) 量，使用結(jié)構(gòu)襯底或掩膜工藝、二次外延、制造表面微結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)是經(jīng)常被采用而且工藝簡(jiǎn)單。如果LED芯片表面不制造微結(jié)構(gòu)，其有源層中，少子結(jié)合產(chǎn)生光子隨機(jī)射往各個(gè) 方向，其中很少比例光子被反射、全反射而能沿組件設(shè)計(jì)的光軸射出成為有效光子，使有效 光子數(shù)減少，出光效率降低。制造表面微結(jié)構(gòu)的LED芯片，現(xiàn)有的工藝都是把P型或N型GaN圖形化，有源層中 少子結(jié)合產(chǎn)生光子隨機(jī)射往各個(gè)方向，此時(shí)大部分光子不被反射、全反射，而能沿組件設(shè) 計(jì)的光軸射出成為有效光子，使有效光子數(shù)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。

實(shí)用新型內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種抗靜電能力強(qiáng)、不易擊穿、不易刮傷晶體、能夠保護(hù)芯片且LED芯片有高的出光效率的照明用的LED芯片。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是高亮度LED芯片，在底襯的 上方自下而上依次設(shè)置有第一層GaN緩沖層、第二層緩沖層、N型電極、反射層、N型GaN層、 電子隧穿勢(shì)壘層、有源層、P型GaN層、P型電極和微型小丘。所述的微型小丘的折射率為周期性圖形，圖形尺寸為250-300 μ m,間距為40 μ m。所述的微型小丘的折射率大于P型GaN層的折射率。所述的N型GaN層的厚度為3 μ m。所述的電子隧穿勢(shì)壘層為IOOnm的n-AlGaN。所述的有源層為8個(gè)周期的AlInGaN/GaN多量子阱。所述的P型電極為透明電極，電極材料為Ni/Au。本實(shí)用新型同現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果1、在襯底上生成約25nm的第一層GaN緩沖層，然后將襯底溫度升高到1120°C左 右，再生成約2 μ m左右的非摻雜的第二層GaN緩沖層，采用多緩沖層技術(shù)可以使襯底與GaN 間地晶格失配度減小，得到品質(zhì)更好的外延片。2、在襯底溫度為1120°C條件下，在生成反射層上生成3 μ m的N型GaN層6，生成 的N型GaN層具有高摻雜高電導(dǎo)率，可使電流不擁擠而能均勻?qū)㈦娏鳈M向分布。3、在N型GaN層上生成IOOnm的n-AlGaN作為電子隧穿勢(shì)壘層，電子隧穿勢(shì)壘層 可以降低注入電子的能量，從而減少注入電子的泄露。4、將襯底升溫到1070°C左右，改成H2為載氣，在有源層上生成200nm的P型GaN 層，提高了空穴的遷移率，使得空穴能夠有效地注入到更多的量子阱中參與發(fā)光。5、在電子隧穿勢(shì)壘層上生成8個(gè)周期的AlInGaN/GaN多量子阱作為有源層，采用 四元AlInGaN作為量子阱材料，得到有源區(qū)晶格匹配的結(jié)構(gòu)，提高有源區(qū)的晶體質(zhì)量，減少 應(yīng)力和缺陷，提高界面平整度。6、在P型電極上制作一個(gè)無(wú)光刻的隨機(jī)SiO2掩膜，通過控制金屬有機(jī)源化學(xué)氣相 淀積(MOCVD)生成條件，二次外延可以形成可控尺度和密度的折射率為η的周期性圖形， 圖形尺度在250-300 μ m左右，間距40 μ m左右，即折射率為η的微型小丘。折射率為η的 微型小丘的粗糙表面破壞了 LED的表面對(duì)稱性，從而提高出光效率，使得LED外量子效率提 高60 %左右，而且可以更好地控制漏電流問題。7、所述的折射率為η的微型小丘的折射率大于P型GaN折射率，折射率η越大從 發(fā)光層發(fā)出的光越容易出射，光出射時(shí)不容易發(fā)生全反射。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1為襯底、2為第一層GaN緩沖層、3為第二層GaN緩沖層、4為N型電極、5 為反射層、6為N型GaN層、7為電子隧穿勢(shì)壘層、8為有源層、9為P型GaN層、10為P型電 極、11為微型小丘。
具體實(shí)施方式
如圖1所示的高亮度LED芯片，在襯底1的上方自下而上依次設(shè)置有第一層GaN緩 沖層2、第二層緩沖層3、N型電極4、反射層5、N型GaN層6、電子隧穿勢(shì)壘層7、有源層8、 P型GaN層9、P型電極10和微型小丘11，所述的微型小丘11的折射率為周期性圖形，圖形 尺寸為250-300 μ m,間距為40 μ m,所述的微型小丘11的折射率大于P型GaN層9的折射 率，N型GaN層6的厚度為3 μ m,電子隧穿勢(shì)壘層7為IOOnm的n-AlGaN，有源層8為8個(gè) 周期的AlInGaN/GaN多量子阱，所述的P型電極10為透明電極，電極材料為Ni/Au。 高亮度LED芯片，按下述步驟制造第一步選用藍(lán)寶石作為襯底1，采用金屬有機(jī)源化學(xué)氣相淀積系統(tǒng)，N源和Ga源 分別為高純NH3和三甲基鎵，高純H2為載氣；將襯底1控制在550°C溫度下，在襯底1上生 成25nm的第一層GaN緩沖層2，然后將襯底1溫度升高到1120°C，再生成2 μ m左右的非摻 雜的第二層GaN緩沖層3 ；第二步在第二層緩沖層3上生成N型電極4，電極材料為Ni/Au ；第三步在N型電極4上用Ag作為反射層材料生成反射層5 ；第四步在襯底1溫度為1120°C條件下，在生成反射層5上生成3μ mWNSGaN 層6;第五步將襯底1溫度降低至1070°C，在N型GaN層6上生成IOOnm的n-AlGaN作 為電子隧穿勢(shì)壘層7;第六步將襯底1溫度降低到800°C，并改成高純N2為載氣，在電子隧穿勢(shì)壘層7 上生成8個(gè)周期的AlInGaN/GaN多量子阱作為有源層8 ；第七步將襯底1升溫到1065°C-1075°C，改成H2為載氣，在有源層8上生成200nm 的P型GaN層9 ；第八步在P型GaN層9生成P型電極10，電極材料為Ni/Au ；所述的P型電極10 為透明電極。第九步，在上述第八步的P型電極10上制作一個(gè)無(wú)光刻的隨機(jī)SiO2掩膜，通過控 制金屬有機(jī)源化學(xué)氣相淀積生成條件，二次外延可以形成可控尺度和密度的折射率為η的 周期性圖形，圖形尺度在250-300 μ m,間距40 μ m,即折射率為η的微型小丘11。以上為本實(shí)用新型公開的最佳實(shí)施例和附圖，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解 在不脫離本實(shí)用新型及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換、變化和修改都是可能 的，因此，本實(shí)用新型不應(yīng)局限于本最佳實(shí)施例和附圖所公開的內(nèi)容。
權(quán)利要求高亮度LED芯片，其特征在于在底襯(1)的上方自下而上依次設(shè)置有第一層GaN緩沖層(2)、第二層緩沖層(3)、N型電極(4)、反射層(5)、N型GaN層(6)、電子隧穿勢(shì)壘層(7)、有源層(8)、P型GaN層(9)、P型電極(10)和微型小丘(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高亮度LED芯片，其特征在于所述的微型小丘(11)的折射 率為周期性圖形，圖形尺寸為250-300 μ m,間距為40 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高亮度LED芯片，其特征在于所述的微型小丘(11)的折射 率大于P型GaN層(9)的折射率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高亮度LED芯片，其特征在于N型GaN層(6)的厚度為3μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高亮度LED芯片，其特征在于電子隧穿勢(shì)壘層(7)為IOOnm 的 n-AlGaN。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高亮度LED芯片，其特征在于有源層(8)為8個(gè)周期的 AlInGaN/GaN多量子阱。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高亮度LED芯片，其特征在于所述的P型電極(10)為透明 電極，電極材料為Ni/Au。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種高亮度LED芯片，屬于LED芯片技術(shù)領(lǐng)域，本實(shí)用新型提供一種抗靜電能力強(qiáng)、不易擊穿、不易刮傷晶體、能夠保護(hù)芯片且LED芯片有高的出光效率的照明用的LED芯片，采用的技術(shù)方案是高效率的LED芯片，在底襯的上方自下而上依次設(shè)置有第一層GaN緩沖層、第二層緩沖層、N型電極、反射層、N型GaN層、電子隧穿勢(shì)壘層、有源層、P型GaN層、P型電極和微型小丘，所述的微型小丘的折射率為周期性圖形，圖形尺寸為250-300μm，間距為40μm，所述的微型小丘的折射率大于P型GaN層的折射率，本實(shí)用新型應(yīng)用在制造照明用的LED芯片中。
文檔編號(hào)H01L33/06GK201699047SQ201020003718
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月5日
發(fā)明者伍永安, 高紹兵 申請(qǐng)人:山西樂百利特科技有限責(zé)任公司