CN105280769B - Led芯片及提高led芯片出光效率的方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种LED芯片及提高LED芯片出光效率的方法，该方法包括：s1、在透明衬底上依次制作第一半导体层、发光层和第二半导体层；s2、通过透明衬底一侧，通过激光聚焦的方法在透明衬底内部、和/或第一半导体层上形成光反射结构，该光反射结构为多个空腔、不同相界面、非平面结构或粗糙界面。本发明在已经制作好的LED芯片上，通过激光手段在半导体层或衬底的内部形成光反射结构，减少了光路的距离，提高了LED的出光效率。同时针对GaN基LED，在激光熔融或烧灼完成后，还可以在GaN层内的某些局部形成Ga金属颗粒，通过金属颗粒的作用，可以进一步提高光反射效果。

Description

LED芯片及提高LED芯片出光效率的方法

技术领域

本申请涉及一种半导体发光器件，特别是涉及一种LED芯片及提高LED芯片出光效率的方法。

背景技术

上世纪60年代第一只LED产品在美国诞生，它的出现给人们的生活带来了很多光彩，由于LED具有寿命长、低功耗、绿色环保等优点，与之相关的技术发展得非常迅速。它已经成为“无处不在”与我们的生活息息相关的光电器件和光源，比如手机的背光，交通信号灯，大屏幕全彩显示屏和景观亮化用灯等等。

目前制约LED进一步应用和发展的瓶颈是它的价格和出光效率及散热，理论上用蓝光LED激发黄色荧光粉合成白光的发光效率高达每瓦300多流明，但是现在的实际效率还不到理论值的三分之二，大概是理论值的一半左右，其中一个重要原因是一部分从激活区发出的光无法从LED芯片内部逃逸出来。

现有的LED芯片为了提高出光效率，一般在衬底的下表面设置反光镜，但是光传输至反光镜需要经过较长的路线和多个界面，在传播过程中光损失较多。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LED芯片及提高LED芯片出光效率的方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请实施例公开了一种LED芯片，包括透明衬底以及形成于所述透明衬底上的外延层，所述外延层包括依次形成于所述透明衬底上的第一半导体层、发光层和第二半导体层，所述透明衬底下表面与发光层之间形成有光反射结构。

优选的，在上述的LED芯片中，所述光反射结构包括形成于所述第一半导体层内部、和/或透明衬底内部的多个光点，所述光点为一空腔。

优选的，在上述的LED芯片中，所述第一半导体层为GaN层，位于所述第一半导体层内部的空腔内还形成有Ga金属颗粒。

优选的，在上述的LED芯片中，所述光点的宽度大于LED芯片的发光波长。

优选的，在上述的LED芯片中，所述光点的宽度为1~5μm，相邻光点之间的间隔为0.1~2μm。

优选的，在上述的LED芯片中，所述光反射结构为不同相界面、漫反射界面或非平面结构。

相应地，本申请实施例还公开了一种提高LED芯片出光效率的方法，包括步骤：

s1、在透明衬底上依次制作第一半导体层、发光层和第二半导体层；

s2、通过透明衬底一侧，通过激光聚焦的方法在透明衬底内部、和/或第一半导体层上形成光反射结构，该光反射结构为多个空腔、不同相界面、非平面结构或粗糙界面。

优选的，在上述的提高LED芯片出光效率的方法中，所述透明衬底为蓝宝石衬底。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明在已经制作好的LED芯片上，通过激光手段在半导体层或衬底的内部形成反射结构，减少了光路的距离，提高了出光效率。同时针对GaN基LED，在激光熔融或烧灼完成后，还可以形成Ga金属颗粒，通过金属颗粒的作用，可以进一步提高反射效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明具体实施例中LED芯片的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参图1所示，LED芯片包括透明衬底1以及形成于透明衬底1上的外延层2，外延层2包括依次形成于透明衬底1上的第一半导体层21、发光层22和第二半导体层23，透明衬底1下表面与发光层22之间形成有光反射结构3。

透明衬底1的材质优选自蓝宝石，其材质还可以为碳化硅、GaN、氧化锌或透明玻璃。

第一半导体层21优选为GaN层，其包括依次形成于透明衬底1上的非掺杂GaN层211和掺杂型GaN层212。当GaN层212为N型掺杂时，相应地，第二半导体层23为P型掺杂的GaN层；当GaN层212为P型掺杂时，相应地，第二半导体层23为N型掺杂的GaN层。

光反射结构3优选为阵列设置的多个光点，每个光点为一空腔，或者为不同相的界面。光点优选形成于非掺杂GaN层211的内部、和/或掺杂型GaN层212的内部、和/或透明衬底1的内部。更优选的，光点形成于非掺杂GaN层211的内部。为了有效对光线进行反射，光点的宽度大于LED芯片的发光波长。优选的，光点的宽度为1~5μm，相邻光点之间的间隔越小越好，但是为了保证芯片的强度，相邻光点之间的间隔优选为0.1~2μm。

进一步地，空腔内还可以形成有Ga金属颗粒，通过Ga金属颗粒的作用，可以进一步提高出光率。

光反射结构3还可以为一漫反射的界面（粗糙面），其可以是连续的界面，也可以是由阵列的多个单元面构成，单元面可以位于同一平面，也可以位于不同的高度。漫反射的面可以形成于透明衬底下表面与发光层之间的任意位置，包括第一半导体层的上表面、下表面或内部，以及透明衬底的上表面或内部。

光反射结构3还可以为非平面结构。该非平面结构可以形成于透明衬底下表面与发光层之间的任意位置，包括第一半导体层的上表面、下表面或内部，以及透明衬底的上表面或内部。

上述具有光发射结构的LED芯片的制作方法包括如下步骤：

首先，制作LED芯片，具体包括：在透明衬底上依次制作第一半导体层、发光层和第二半导体层；

其次，通过透明衬底一侧，通过激光聚焦熔融或者烧灼的手段，在透明衬底内部或第一半导体层的内部使得部分材料气化，形成空腔，同时被熔掉的Ga固化后形成Ga金属颗粒。

控制激光的聚焦条件，还可以在透明衬底的内部、以及第一半导体层上形成非平面或粗糙面的光发射结构。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种LED芯片，其特征在于，包括透明衬底以及形成于所述透明衬底上的外延层，所述外延层包括依次形成于所述透明衬底上的第一半导体层、发光层和第二半导体层，所述透明衬底的下表面与发光层之间形成有光反射结构，所述光反射结构包括形成于所述第一半导体层内部的多个光点，所述光点为一空腔，所述第一半导体层为GaN层，位于所述第一半导体层内部的空腔内还形成有Ga金属颗粒。

2.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于：所述光反射结构还包括形成于所述透明衬底内部的多个光点，所述光点为一空腔。

3.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于：所述第一半导体层内部的光点的宽度大于LED芯片的发光波长。

4.根据权利要求2所述的LED芯片，其特征在于：所述透明衬底内部的光点的宽度大于LED芯片的发光波长。

5.根据权利要求3或4所述的LED芯片，其特征在于：所述第一半导体层内部和透明衬底内部的光点的宽度为1～5μm，所述第一半导体层内部和透明衬底内部的相邻光点之间的间隔为0.1～2μm。

6.一种提高LED芯片出光效率的方法，其特征在于，包括步骤：

s1、在透明衬底上依次制作第一半导体层、发光层和第二半导体层，所述第一半导体层为GaN层；

s2、通过透明衬底一侧，通过激光聚焦的方法在第一半导体层上形成光反射结构，该光反射结构为多个空腔以及位于所述多个空腔内的Ga金属颗粒。

7.根据权利要求6所述的提高LED芯片出光效率的方法，其特征在于：所述透明衬底为蓝宝石衬底、ZnO衬底、碳化硅衬底、GaN衬底或透明玻璃。

8.根据权利要求6所述的提高LED芯片出光效率的方法，其特征在于步骤S2还包括在透明衬底内部形成光反射结构。