CN102394267B - 提高出光效率的led芯片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高出光效率的LED芯片，所述提高出光效率的LED芯片，包括衬底，所述衬底上设有N型氮化镓层，所述N型氮化镓层上设有量子阱、P型氮化镓层及透明导电层，所述N型氮化镓层上设有N打线电极，所述N打线电极与N型氮化镓层电连接；所述透明导电层上设有P打线电极，所述P打线电极通过透明导电层与P型氮化镓层电连接；所述N打线电极下设有N电极反射电极层，所述N电极反射电极层与N型氮化镓层相接触；所述P打线电极下方设有P电极反射电极层，所述P电极反射电极层位于透明导电层下，P电极反射电极层通过透明导电层与P打线电极相隔离。本发明结构简单紧凑，提高出光效率，降低成本，操作方便，稳定可靠。

Description

提高出光效率的LED芯片

技术领域

本发明涉及一种LED芯片，尤其是一种提高出光效率的LED芯片，属于LED芯片的技术领域。

背景技术

近年来，发光二极管(LED)无疑成为最受重视的光源技术之一。一方面LED具有体积小的特性，另一方面LED具备低电流、低电压驱动的省电特性。理论上预计，半导体LED照明灯的发光效率可以达到甚至超过白炽灯的10倍、日光灯的2倍。同时，它还具有结构牢固，抗冲击和抗震能力强，超长寿命，可以达到100000小时；无红外线和紫外线辐射；无汞，有利于环保等众多优点。

其中，作为在光电领域的主要应用之一，GaN基材料得到了越来越多的关注，利用GaN基半导体材料可制作出超高亮度蓝、绿、白光发光二极管。由于GaN基发光二极管的亮度取得了很大的提高，使得GaN基发光二极管在很多领域都取得了应用，例如交通信号灯、移动电话背光、汽车尾灯、短距离通信、光电计算互连等。而在不久的将来可能用作节能、环保照明器具的GaN基白光LED则更是将引起照明产业的革命，有着非常广阔的应用前景，半导体照明一旦成为现实，其意义重大。基于GaN基LED的重要作用，如何提高GaN基LED的发光效率已成为关注焦点。研究人员急待开发出可靠的方法来提高发光效率，早期LED组件发展集中在提升其内部量子效率，随着外延生长技术和多量子阱结构的发展，超高亮度发光二极管的内量子效率已有了非常大的改善，目前蓝光GaN基的LED内量子效率可达70％以上，紫外GaN基LED可达80％，进一步改善空间较小。

为进一步提高LED芯片的出光效率，目前多采用表面粗化技术；但是表面粗化技术操作复杂，不易实施，不稳定，成本较高，不利于推广和应用，限制了LED芯片的应用及发展。

众所周知，常规的LED芯片需要有正负电极接入使其发光，对应的需要在芯片上制作正负打线盘，通常是金材质，对蓝绿色光部分吸收较大，由此引起了光吸收，大大影响出光效率。

发明内容

本发明的目的是有效降低打线电极对蓝绿光的吸收，从而提供一种提高出光效率的LED芯片，其结构简单紧凑，提高出光效率，降低成本，操作方便，稳定可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述提高出光效率的LED芯片，包括衬底，所述衬底上长有N型氮化镓层，所述N型氮化镓层上长有量子阱、P型氮化镓层及透明导电层，所述N型氮化镓层上沉积有N打线电极，所述N打线电极与N型氮化镓层电连接；所述透明导电层上沉积有P打线电极，所述P打线电极通过透明导电层与P型氮化镓层电连接；所述N打线电极下沉积N电极反射电极层，所述N电极反射电极层与N型氮化镓层相接触；所述P打线电极下方设有P电极反射电极层，所述P电极反射电极层位于透明导电层下方，P电极反射电极层通过透明导电层与P打线电极相隔离。

所述N电极反射电极层与所述P电极反射电极层均采用反射金属、ODR或DBR制成。所述反射金属为铝或银。

所述N型氮化镓层与N电极反射电极层相对应的表面设有N电极粗化部，且所述N电极反射电极层填充覆盖于N电极粗化部。

所述N电极粗化部为若干凸设于N型氮化镓层上的N极凸块或若干通过蚀刻N形氮化镓层凹设于N型氮化镓层内的N极凹槽。。

所述N电极粗化部为N极凹槽时，所述N极凹槽在N型氮化镓层内延伸的深度为0.1～2μm。

所述P型氮化镓层与P电极反射电极层相对应的表面设有P电极粗化部，且所述P电极反射电极层填充覆盖于P电极粗化部。

所述P电极粗化部为若干凸设于P型氮化镓层上的P极凸块或若干通过刻蚀于P型氮化镓层内凹设于P型氮化镓层内的P极凹槽。

所述P电极粗化部为P极凹槽时，所述P极凹槽在P型氮化镓层内延伸的深度为0.1～2μm。

所述N电极反射电极层在N型氮化镓层上投影尺寸小于N打线电极在N型氮化镓层上的投影尺寸，所述P电极反射电极层在P型氮化镓层上的投影尺寸大于P打线电极在P型氮化镓层上的投影尺寸。

本发明的优点：N打线电极下设有N电极反射电极层，所述N电极反射电极层与N型氮化镓层相接触；所述P打线电极下方设有P电极反射电极层，所述P电极反射电极层位于透明导电层之下，P电极反射电极层通过透明导电层与P打线电极相隔离；同时，还可以在N型氮化镓层上设置N极粗化部，在P型氮化镓层上设置P极粗化部，通过P电极反射层、P极粗化部、N极粗化部与N电极反射层共同配合，能使得射向P打线电极及N打线电极的光线被反射或散射，相应的光线能够从LED芯片的其他部位射出而非被打线电极所吸收，在同样的条件下，增加了LED芯片出光的效率，结构简单紧凑，提高出光效率，降低成本，操作方便，稳定可靠。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的另一种实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1～图2所示：本发明包括衬底1、N型氮化镓层2、量子阱3、透明导电层4、钝化层5、P打线电极6、P电极反射层7、P型氮化镓层8、N打线电极9、N电极反射层10、N电极粗化部11及P电极粗化部12。

如图1所示：所述LED芯片包括衬底1，所述衬底1采用蓝宝石基板，衬底1通过外延生长有N型氮化镓层2，N型氮化镓层2上设有量子阱3，所述量子阱3上设有P型氮化镓层8；为了能够扩大电流导通，所述P型氮化镓层8上设有透明导电层4，所述透明导电层4覆盖于P型氮化镓层8上，并与所述P型氮化镓层8欧姆接触。透明导电层4上淀积有钝化层5，所述钝化层5覆盖于透明导电层4，并包覆透明导电层4下方的P型氮化镓层8及量子阱3。钝化层5的材料包括二氧化硅、氮化硅等，透明导电层4上设有P打线电极6，钝化层5上设有接触孔，P打线电极6通过接触孔与透明导电层4等电位连接。所述量子阱3、P型氮化镓层8及透明导电层4的材料、厚度及形成工艺均与现有LED芯片制备工艺相一致。

为了能够将N型氮化镓层2引出，所述N型氮化镓层2上设有连接台阶，N型氮化镓层2通过连接台阶能够裸露相应的表面，从而能够在N型氮化镓层2上设置N打线电极9。由于P打线电极6与N打线电极9对蓝绿光有较大的吸收的特性，它们会影响LED芯片的出光效率。为了降低P打线电极6与N打线电极9对LED出光效率的影响，所述N打线电极9下设有N电极反射层10，所述N电极反射层10位于N打线电极9下并与N型氮化镓层2欧姆接触。同时，P打线电极6的下方设有P电极反射层7，所述P电极反射层7位于透明导电层4之下，P打线电极6与P电极反射层7间通过透明导电层4相隔离。P电极反射层7位于P打线电极6的正下方，且P打线电极6在P电极反射层7上的正投影小于P电极反射层7的面积。N电极反射层10与P电极反射层7均可以采用反射金属、ODR结构(全方位反射镜，Omni Directional Reflector)或DBR结构(分布式布拉格反射镜)，所述发射金属为铝或银。当P打线电极6的正下方设置P电极反射层7后，同时N打线电极9下设置N电极反射层10后，通过P电极反射层7与N电极反射层10的作用，能够对LED芯片发出的光线进行反射，使得光线能够从LED芯片的其他方位射出而不是被打线电极所吸收，从而提高出光效率。

如图2所示：为了能够进一步地提高LED芯片的出光效率，在N型氮化镓层2上设有N电极粗化部11，所述N电极粗化部11与N电极9相对应设置。N电极粗化部11可以为凸设于N型氮化镓层2上的N极凸块、凹设于N型氮化镓层2内的N极凹槽或N极凸块与N极凹槽相交错分布的结构。当N型氮化镓层2上设置N电极粗化部11且设置N电极反射层10时，N电极反射层10填充覆盖于N电极粗化部11内，N电极反射层10与N电极粗化部11共同作用，降低N打线电极9对LED芯片出光光线的吸收与阻挡。所述N极凹槽在N型氮化镓层2内的延伸深度为0.1～2μm。N电极反射电极层10在N型氮化镓层2上的投影尺寸小于N打线电极9在N型氮化镓层2上的投影尺寸，以使得N打线电极9能够与N型氮化镓层2相接触，即N电极反射电极层10不能全部隔离N打线电极9与N型氮化镓层2的接触；同时，N电极反射电极层10的尺寸要较N打线电极9的投影尺寸小1～80μm。

同时，P型氮化镓层8内设有P电极粗化部12，所述P电极粗化部12与P打线电极6相对应设置。P电极粗化部12可以为凸设于P型氮化镓层8上的P极凸块、凹设于P型氮化镓层2内的P极凹槽或P极凸块与N极凹槽相交错分布的结构。当P型氮化镓层8上设置P电极粗化部12且设置P电极反射层7时，P电极反射层7填充覆盖于P电极粗化部12内，通过P电极粗化部12及P电极反射层7共同作用下，能降低P打线电极6对LED芯片出光光线的吸收与阻挡。所述P极凹槽在P型氮化镓层8内的延伸深度为0.1～2μm。所述P电极反射电极层7在P型氮化镓层8上的投影尺寸大于P打线电极6在P型氮化镓层8上的投影尺寸；即P打线电极6在垂直方向的投影完全落入P电极反射电极层7内，同时，P电极反射电极层7的尺寸较P打线电极6的投影尺寸大1～100μm。

如图1和图2所示：加工时，根据需要在N打线电极9下设置N电极反射层10及N电极粗化部11，同时在P打线电极6内设置P电极反射层7及P电极粗化部12。工作时，通过N打线电极9、P打线电极6与相应的外部电源相连；当P打线电极6、N打线电极9与外部电源连接后，LED芯片能够发光。当LED芯片出光光线入射至N打线电极9、P打线电极6时，光线能够被对应的P电极反射层7、P极粗化部12、N极粗化部11与N电极反射层10共同配合使得光线被反射及散射，其中的部分光线可以从LED芯片的其它部位出射，在同样的条件下，增加了LED芯片出光的效率。

本发明N打线电极9下方设有N电极反射电极层10，所述N电极反射电极层10与N型氮化镓层2相接触；所述P打线电极6下方设有P电极反射电极层7，所述P电极反射电极层7位于透明导电层4下方，P电极反射电极层7通过透明导电层4与P打线电极6相隔离；同时，还可以在N型氮化镓层2上设置N极粗化部11，在P型氮化镓层8上设置P极粗化部12，通过P电极反射层7、P极粗化部12、N极粗化部11与N电极反射层10共同配合，能使得射向P打线电极6及N打线电极9的光线被反射及散射，相应的光线能够从LED芯片的其它部位射出，在同样的条件下，增加了LED芯片出光的效率，结构简单紧凑，提高出光效率，降低成本，操作方便，稳定可靠。

Claims (3)

1.一种提高出光效率的LED芯片，包括衬底（1），所述衬底（1）上长有N型氮化镓层（2），所述N型氮化镓层（2）上长有量子阱（3）、P型氮化镓层（8）及透明导电层（4），所述N型氮化镓层（2）上沉积有N打线电极（9），所述N打线电极（9）与N型氮化镓层（2）电连接；所述透明导电层（4）上沉积有P打线电极（6），所述P打线电极（6）通过透明导电层（4）与P型氮化镓层（8）电连接；其特征是： 所述N打线电极（9）下沉积N电极反射电极层（10），所述N电极反射电极层（10）与N型氮化镓层（2）相接触；所述P打线电极（6）下方设有P电极反射电极层（7），所述P电极反射电极层（7）位于透明导电层（4）下方，P电极反射电极层（7）通过透明导电层（4）与P打线电极（6）相隔离；

所述N电极反射电极层（10）与所述P电极反射电极层（7）均采用反射金属、ODR或DBR制成；

所述N型氮化镓层（2）与N电极反射电极层（10）相对应的表面设有N电极粗化部（11），且所述N电极反射电极层（10）填充覆盖于N电极粗化部（11）；

所述N电极粗化部（11）为若干凸设于N型氮化镓层（2）上的N极凸块或若干通过蚀刻N形氮化镓层（2）凹设于N型氮化镓层内的N极凹槽；

所述N电极粗化部（11）为N极凹槽时，所述N极凹槽在N型氮化镓层（2）内延伸的深度为0.1~2μm；

所述P型氮化镓层（8）与P电极反射电极层（7）相对应的表面设有P电极粗化部（12），且所述P电极反射电极层（7）填充覆盖于P电极粗化部（12）；

所述P电极粗化部（12）为若干凸设于P型氮化镓层（8）上的P极凸块或若干通过刻蚀于P型氮化镓层（8）内凹设于P型氮化镓层（8）内的P极凹槽；

所述P电极粗化部（12）为P极凹槽时，所述P极凹槽在P型氮化镓层（8）内延伸的深度为0.1~2μm。

2.如权利要求1所述的提高出光效率的LED芯片，其特征是：所述反射金属为铝或银。

3.如权利要求1所述的提高出光效率的LED芯片，其特征是：所述N电极反射电极层（10）在N型氮化镓层（2）上投影尺寸小于N打线电极（9）在N型氮化镓层（2）上的投影尺寸，所述P电极反射电极层（7）在P型氮化镓层（8）上的投影尺寸大于P打线电极（6）在P型氮化镓层（8）上的投影尺寸。

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