CN106129219A - 一种增强光取出效率的led芯片结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增强光取出效率的LED芯片结构，包括衬底、N‑GaN层、有源层、P‑GaN层、低折射率填充料、P电极和N电极，衬底上依次形成N‑GaN层、有源层和P‑GaN层，有源层和P‑GaN层经蚀刻形成台阶沟道裸露出部分N‑GaN层，台阶沟道内填充低折射率填充料，裸露出的部分N‑GaN层和N电极连接，P型层和P电极连接。本发明大大增加了LED芯片侧向光的正向取出效率，增加了LED芯片的正向光强度。
Description
技术领域
本发明涉及LED技术领域，特别涉及一种增强光取出效率的LED芯片结构。
背景技术
LED的结构通常包括依次设置的衬底、N-GaN层、有源区和P-GaN层，通过刻蚀LED芯片形成台阶，将N-GaN层裸露出来，在N-GaN层上形成N电极，在P-GaN层上形成透明导电层，透明导电层上形成P电极。该传统结构由于蚀刻台阶处的内外折射率相差过大，GaN的折射率在2.3左右，而空气的折射率为1，因此台阶面处的侧向光将在GaN的界面处形成全反射，而使侧向光无法射出，导致侧向光的取出效率偏低。
另外LED芯片属于五面发光芯片，为了达到部分正向光强大的特殊需求，在芯片段常用的方法是在芯片侧壁增加反射金属。增加反射金属的方法会导致出射光反射回芯片内部，在芯片四个侧壁之间来回反射，最终光被转化成热量。
鉴于此，本发明人为此研制出一种增强光取出效率的LED芯片结构，有效的解决了上述问题，本案由此产生。
发明内容
本发明提供的一种增强光取出效率的LED芯片结构，大大增加了LED芯片侧向光的正向取出效率，增加了LED芯片的正向光强度。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种增强光取出效率的LED芯片结构，包括衬底、N-GaN层、有源层、P-GaN层、低折射率填充料、P电极和N电极，衬底上依次形成N-GaN层、有源层和P-GaN层，有源层和P-GaN层经蚀刻形成台阶沟道裸露出部分N-GaN层，台阶沟道内填充低折射率填充料，裸露出的部分N-GaN层和N电极连接，P型层和P电极连接。
所述低折射率填充料的折色率为1.6-1.8。
所述低折射率填充料的材质为氮化硅或氧化铝。
所述台阶沟道壁和低折射率填充料之间还形成一层折射率介于GaN和低折射率填充料之间的绝缘层。
所述绝缘层的折射率为1.9-2.0。
所述绝缘层的材质为HfO2、ZrO2的一种或两种叠层。
所述N电极和低折射率填充料接触的上表面使用反射金属。
所述P-GaN层形成有透明导电层。
所述P电极和N电极之间形成钝化层。
所述钝化层材料使用二氧化硅。
采用上述方案后，本发明由于在台阶沟道内填充低折射率填充料，使台阶面处部分侧向光能够先进入低折射率填充料，再从低折射率填充料穿过LED芯片上层后进入空气，避免了台阶面处的GaN和空气直接接触而发生全反射的情况，从而增加侧向光的取出效率。由于使得部分原本侧向出射光线能够从LED芯片的正向射出，从而增加了LED芯片的正向光强度，以满足部分需较强轴向光的芯片要求，比如背光LED芯片。
附图说明
图1是本实施例LED芯片的结构剖视图；
图2是本实施例的光路示意图。
标号说明
衬底1，N-GaN层2，有源层3，P-GaN层4，低折射率填充料5，P电极6，台阶沟道7，绝缘层8，N电极9，透明导电层10，钝化层11。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
如图1-2所示，是本发明揭示的一种增强光取出效率的LED芯片结构，包括衬底1、N-GaN层2、有源层3、P-GaN层4、低折射率填充料5、P电极6和N电极9。衬底1上依次形成N-GaN层2、有源层3和P-GaN层4。
有源层3和P-GaN层4经蚀刻形成台阶沟道7，从而裸露出部分N-GaN层2。该裸露出的部分N-GaN层2和N电极9连接，P-GaN层4和P电极6连接。
台阶沟道7内填充低折射率填充料5。低折射率填充料5的折色率（图中标号为n3）为1.6-1.8，材质优选为氮化硅或氧化铝。
台阶沟道7的侧壁和低折射率填充料5之间还形成一层折射率介于GaN和低折射率填充料5之间的绝缘层8。绝缘层8的折射率（图中标号为n2）为1.9-2.0，材质优选为HfO2。
P-GaN层4上还形成有透明导电层10。P电极6和N电极之间形成钝化层11，材料优选为折射率比低折射率填充料5更低的二氧化硅。
其中GaN的折射率（图中标号为n1）为2.3左右，即n1>n2>n3。结合图2所示，本实施例台阶沟道7的侧壁发出的光依次经过绝缘层8和低折射率填充料5后从LED芯片钝化层11射出，避免了较大折射率差而发生全反射的情况，从而大大增加了侧向光的取出效率。
进一步，N电极9和低折射率填充料5接触的上表面使用反射金属。如图2所示，该N电极9将射向其的光线反射后，经过低折射率填充料5和绝缘层8组成的类似突变折射率光纤机构传导，从LED芯片的正向射出，从而进一步增加LED芯片的正向光强度。
本实施例的光通过多次折射后，使得部分原本侧向出射的光线能够从LED芯片的正向射出，从而增加了LED芯片的正向光强度，可以满足部分需较强轴向光的芯片要求，比如背光LED芯片。
以上仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的保护范围的限定。凡依本案的设计思路所做的等同变化，均落入本案的保护范围。
Claims (10)
1.一种增强光取出效率的LED芯片结构，其特征在于：包括衬底、N-GaN层、有源层、P-GaN层、低折射率填充料、P电极和N电极，衬底上依次形成N-GaN层、有源层和P-GaN层，有源层和P-GaN层经蚀刻形成台阶沟道裸露出部分N-GaN层，台阶沟道内填充低折射率填充料，裸露出的部分N-GaN层和N电极连接，P型层和P电极连接。
2.如权利要求1所述的一种增强光取出效率的LED芯片结构，其特征在于：所述低折射率填充料的折色率为1.6-1.8。
3.如权利要求1所述的一种增强光取出效率的LED芯片结构，其特征在于：所述低折射率填充料的材质为氮化硅或氧化铝。
4.如权利要求1所述的一种增强光取出效率的LED芯片结构，其特征在于：所述台阶沟道壁和低折射率填充料之间还形成一层折射率介于GaN和低折射率填充料之间的绝缘层。
5.如权利要求4所述的一种增强光取出效率的LED芯片结构，其特征在于：所述绝缘层的折射率为1.9-2.0。
6.如权利要求4所述的一种增强光取出效率的LED芯片结构，其特征在于：所述绝缘层的材质为HfO2、ZrO2的一种或两种叠层。
7.如权利要求1所述的一种增强光取出效率的LED芯片结构，其特征在于：所述N电极和低折射率填充料接触的上表面使用反射金属。
8.如权利要求1所述的一种增强光取出效率的LED芯片结构，其特征在于：所述P-GaN层形成有透明导电层。
9.如权利要求1所述的一种增强光取出效率的LED芯片结构，其特征在于：所述P电极和N电极之间形成钝化层。
10.如权利要求9所述的一种增强光取出效率的LED芯片结构，其特征在于：所述钝化层材料使用二氧化硅。
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