CN105762245A - 一种具有高出光效率的led芯片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有高出光效率的LED芯片，该芯片从下至上依次包括：导电基板、键合金属层、反射镜保护层、反射镜金属层、P型GaN层、多量子阱层、N型GaN层、N电极，其特征在于，该芯片还包括透明绝缘层，所述透明绝缘层位于反射镜保护层和键合金属层之间，其边界包围了所述P型GaN层的边界。本发明通过在LED芯片中设置一层具有高反射率金属的反射镜保护层来增加芯片的出光效率，并且该高反射率材料被包覆于反射金属层和绝缘层之间，确保了芯片的可靠性；同时键合金属层与透明绝缘层相接触的一侧为高反射率金属，这样在LED芯片的四周就不存在低反射率区域，从而提高了整个芯片的出光效率。

Description

一种具有高出光效率的LED芯片及其制备方法

技术领域

本发明属于半导体领域，尤其涉及一种具有高出光效率的LED芯片及其制备方法。

背景技术

LED照明作为新型高效固体光源，具有长寿命、节能、绿色环保等显著优点，是人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次飞跃，被认为是第三代的照明新技术，其经济和社会意义巨大。

为了增加LED芯片的出光效率，目前已经商业化的LED芯片是带有反射镜的结构，其截面如图1所示（现有技术）。在该结构中通过反射镜的反射作用来增加芯片的出光效率，同时该反射镜层也是欧姆接触的金属层，通常采用高反射率的金属Ag为主要材料，其中Ag的反射率高达90%以上。但是Ag是一种很特别的金属，在LED通电工作的时候容易迁移，从而造成LED失效。所以在反射镜后面通常会有一保护层把整个反射镜包覆起来，而反射镜的另一面则被发光材料所包覆，这种设计可以完全阻止Ag的迁移，从而保证LED的可靠性。一般情况下，反射镜保护层金属的反射率不高，一般低于50%。因为高反射率材料的化学性质比较活泼，暴露在外面容易被外界环境所氧化或腐蚀。为了保证芯片的稳定性只能选择反射率低且化学性质稳定的材料。因此在芯片四周会存在一个低反射区域，即从反射镜边界到芯片边界的区域，当一部分光进入到该低反射区域时会很容易被吸收，从而降低了LED芯片的出光效率。因此在LED芯片结构中提高所谓的低反射区域的反射率，对于提高LED芯片的出光效率是非常重要的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种具有高出光效率的LED芯片。该芯片具有高出光效率、高可靠性的特点。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种具有高出光效率的LED芯片，该芯片从下至上依次包括：导电基板、键合金属层、反射镜保护层、反射镜金属层、P型GaN层、多量子阱层、N型GaN层、N电极，其特征在于，该芯片还包括透明绝缘层，所述透明绝缘层位于反射镜保护层和键合金属层之间，其边界包围了所述P型GaN层的边界。

优选地，所述P型GaN层的边界包围了所述反射镜保护层的边界，所述反射镜保护层的边界包围了所述反射镜金属层的边界。

优选地，所述键合金属层与所述透明绝缘层相接触的一侧为高反射率金属。

优选地，所述反射镜保护层与所述P型GaN层相接触的区域为高反射率金属。

优选地，所述N型GaN层的表面为粗化表面。

本发明的另一目的是提供一种具有高出光效率的LED芯片的制备方法，该方法包括：在第一衬底上依次生长缓冲层、N型GaN层、多量子阱层、P型GaN层；在P型GaN层上沉积一层反射镜金属层，在该反射镜金属层的部分区域上形成第一沟槽，深度至P型GaN层；在反射镜金属层上沉积一层反射镜保护层，所述反射镜保护层覆盖了所述第一沟槽；在所述反射镜保护层上形成第二沟槽，所述第二沟槽的位置和第一沟槽相对应，深度至P型GaN层；在所述反射镜保护层上沉积一层透明绝缘层，所述透明绝缘层覆盖了所述第二沟槽；在所述透明绝缘层上的部分区域形成凹槽，所述凹槽的深度至反射镜保护层；在所述透明绝缘层上沉积一层键合金属层，所述键合金属层覆盖了所述凹槽；采用晶圆键合的方式与导电基板结合；剥离第一衬底和缓冲层使N型GaN层暴露，在所述N型GaN层上形成第三沟槽，所述第三沟槽的位置与第二沟槽相对应，深度至透明绝缘层；在所述N型GaN层上沉积金属，形成N电极。

优选地，该方法还包括对所述N型GaN层作粗化处理。

优选地，所述P型GaN层的边界的边界包围了所述反射镜保护层的边界，所述反射镜保护层的边界包围了所述反射镜金属层的边界。

优选地，所述键合金属层与所述透明绝缘层相接触的一侧为高反射率金属。

优选地，所述反射镜保护层与所述P型GaN层相接触的区域为高反射率金属。

本发明的有益效果：本发明通过在LED芯片中设置一层具有高反射率金属的反射镜保护层来增加芯片的出光效率，并且该高反射率材料被包覆于反射金属层和绝缘层之间，确保了芯片的可靠性；同时键合金属层与透明绝缘层相接触的一侧为高反射率金属，这样在LED芯片的四周就不存在低反射率区域，从而提高了整个芯片的出光效率。

附图说明

图1为现有技术LED芯片的截面示意图；

图2a至图2i为本发明一种具有高出光效率LED芯片的制备过程示意图。

具体实施方式

为了进一步的说明本发明提供的一种具有高出光效率的LED芯片及其制备方法，下面将对其具体的一个制备过程进行描述，如图2a至图2i所示。

首先，通过金属有机化学沉积的方法在第一衬底1上依次生长缓冲层2、N型GaN层3、多量子阱层4、P型GaN层5。然后在P型GaN层5上蒸镀沉积一层Ag反射镜金属层6，如图2a所示。在Ag反射镜金属层6的部分区域蚀刻形成第一沟槽7，其深度至P型GaN层5，如图2b所示。在Ag反射镜金属层6上蒸镀沉积一层反射镜保护层8，其覆盖了所述第一沟槽7，该反射镜保护层8与Ag反射镜金属层6相接触的一侧为高反射率的Al金属，如图2c所示。在反射镜保护层8上刻蚀形成第二沟槽9，其位置和第一沟槽7相对应，深度至P型GaN层，如图2d所示。在反射镜保护层8上沉积一层透明绝缘层10，其覆盖了第二沟槽9，并在透明绝缘层10上的部分区域形成凹槽11，凹槽11的深度至反射镜保护层8，如图2e所示。在透明绝缘层10上蒸镀沉积一层键合金属层12，其覆盖了凹槽11，如图2f所示。采用晶圆键合的方式与导电基板13结合，如图2g所示。剥离第一衬底1和缓冲层2使N型GaN层3暴露并粗化处理，刻蚀N型GaN层3、多量子阱层4和P型GaN层5，形成第三沟槽14，第三沟槽14的位置与第二沟槽9相对应，深度至透明绝缘层10，在N型GaN层上沉积金属，形成N电极15，如图2h所示。最后，切割形成性能较好，可靠性较高的单颗LED，如图2i所示。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种具有高出光效率的LED芯片，该芯片从下至上依次包括：导电基板、键合金属层、反射镜保护层、反射镜金属层、P型GaN层、多量子阱层、N型GaN层、N电极，其特征在于，该芯片还包括透明绝缘层，所述透明绝缘层位于反射镜保护层和键合金属层之间，其边界包围了所述P型GaN层的边界。

2.根据权利要求1所述的一种具有高出光效率的LED芯片，其特征在于所述P型GaN层的边界包围了所述反射镜保护层的边界，所述反射镜保护层的边界包围了所述反射镜金属层的边界。

3.根据权利要求1所述的一种具有高出光效率的LED芯片，其特征在于所述键合金属层与所述透明绝缘层相接触的一侧为高反射率金属。

4.根据权利要求1或2所述的一种具有高出光效率的LED芯片，其特征在于所述反射镜保护层与所述P型GaN层相接触的区域为高反射率金属。

5.根据权利要求1所述的一种具有高出光效率的LED芯片，其特征在于所述N型GaN层的表面为粗化表面。

6.一种具有高出光效率的LED芯片的制备方法，该方法包括：

在第一衬底上依次生长缓冲层、N型GaN层、多量子阱层、P型GaN层；在P型GaN层上沉积一层反射镜金属层，在该反射镜金属层的部分区域上形成第一沟槽，深度至P型GaN层；在反射镜金属层上沉积一层反射镜保护层，所述反射镜保护层覆盖了所述第一沟槽；在所述反射镜保护层上形成第二沟槽，所述第二沟槽的位置和第一沟槽相对应，深度至P型GaN层；在所述反射镜保护层上沉积一层透明绝缘层，所述透明绝缘层覆盖了所述第二沟槽；在所述透明绝缘层上的部分区域形成凹槽，所述凹槽的深度至反射镜保护层；在所述透明绝缘层上沉积一层键合金属层，所述键合金属层覆盖了所述凹槽；采用晶圆键合的方式与导电基板结合；剥离第一衬底和缓冲层使N型GaN层暴露，在所述N型GaN层上形成第三沟槽，所述第三沟槽的位置与第二沟槽相对应，深度至透明绝缘层；在所述N型GaN层上沉积金属，形成N电极。

7.根据权利要求6所述的一种具有高出光效率的LED芯片的制备方法，该方法还包括对所述N型GaN层作粗化处理。

8.根据权利要求6所述的一种具有高出光效率的LED芯片的制备方法，其特征在于所述P型GaN层的边界的边界包围了所述反射镜保护层的边界，所述反射镜保护层的边界包围了所述反射镜金属层的边界。

9.根据权利要求6所述的一种具有高出光效率的LED芯片的制备方法，其特征在于所述键合金属层与所述透明绝缘层相接触的一侧为高反射率金属。

10.根据权利要求6或8所述的一种具有高出光效率的LED芯片的制备方法，其特征在于所述反射镜保护层与所述P型GaN层相接触的区域为高反射率金属。