基于雙界面球冠型圖形結(jié)構(gòu)的led芯片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于雙界面球冠型圖形結(jié)構(gòu)的LED芯片，其結(jié)構(gòu)自上而下依次為：藍(lán)寶石層（3）、N型氮化鎵層（4）、有源層（5）、P型氮化鎵層（6）以及金屬反射膜層（7），其特征在于：藍(lán)寶石層（3）的兩個表面均設(shè)置有球冠型圖形結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明不但提高了散熱效率，而且可以提高LED芯片的光提取效率。
【專利說明】基于雙界面球冠型圖形結(jié)構(gòu)的LED芯片

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及LED芯片的襯底表面的圖形結(jié)構(gòu)，具體是通過在LED芯片的襯底表面制作出的特定的圖形結(jié)構(gòu)，提高LED芯片的光提取效率。

【背景技術(shù)】
[0002]在制作LED芯片時，需要解決的一個問題是:獲得較高的光提取效率。
[0003]申請?zhí)枮?01110102031.4的中國發(fā)明專利，公開了一種圖形化襯底結(jié)構(gòu)，利用異質(zhì)材料制備周期性圖形，該材料具備抗高溫的特點，可以在800度以上的高溫生長時不分解，可以以單晶體材料的形式存在。該發(fā)明包括底層的藍(lán)寶石襯底和藍(lán)寶石襯底表面的周期化圖形，所述周期性圖形完全由異質(zhì)材料構(gòu)成；或者所述周期性圖形由異質(zhì)材料和藍(lán)寶石按照一定比例分層構(gòu)成，圖形上部為異質(zhì)材料，而圖形的下部即為藍(lán)寶石。通過該圖形化襯底結(jié)構(gòu)，可以改善光提取效率，但是其依然有待于進(jìn)一步提高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于雙界面球冠型圖形結(jié)構(gòu)的LED芯片，從而大幅提尚LED芯片的光提取效率。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
基于雙界面球冠型圖形結(jié)構(gòu)的LED芯片，其結(jié)構(gòu)自上而下依次為:藍(lán)寶石層、N型氮化鎵層、有源層、P型氮化鎵層以及金屬反射膜層，其特征在于:藍(lán)寶石層的兩個表面均設(shè)置有球冠型圖形結(jié)構(gòu)。
[0006]進(jìn)一步的，藍(lán)寶石層的兩個表面的球冠型圖形結(jié)構(gòu)均為凹面。
[0007]進(jìn)一步的，球冠型圖形結(jié)構(gòu)間的間距d的取值范圍為0.1Mm彡d彡3Mm。
[0008]進(jìn)一步的，球冠型圖形結(jié)構(gòu)中，球冠的半徑r的取值范圍為d〈r〈4d，球冠深度D的取值范圍為0.5r ^ D ^ Γο
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果:
(I)本發(fā)明對藍(lán)寶石襯底層的上下兩個表面制作凹球冠形圖形時，從散熱角度講，增大了散熱面積，因此提高了散熱效率。
[0010](2)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)用于藍(lán)寶石襯底LED芯片時，藍(lán)寶石襯底的折射率最低，用藍(lán)寶石界面作為出光面，可以提高LED芯片的光提取效率，減少了芯片內(nèi)由于光的全反射損耗所造成的熱能的增加和溫度的升高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的LED芯片的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中，1:藍(lán)寶石層的上表面，2:藍(lán)寶石層的下表面，3:藍(lán)寶石層，4:Ν型氮化鎵層，5:有源層，6:Ρ型氮化鎵層，7:金屬反射膜層。
[0012]圖2為球冠形圖形結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖3為球冠半徑和深度均為3Mm時的光提取效率的對比。
[0014]圖4為球冠間距分別為0.2Mm,0.5Mm,0.8Mm和1.2Mm時，不同球冠半徑情況下(球冠深度=球冠半徑)，LED芯片光提取效率的對比。
[0015]圖5為球冠間距為0.5Mm，球冠半徑分別為0.5MmU.3Mm、2Mm、3Mm、4Mm和5Mm時，
不同球冠深度情況下，LED芯片光提取效率的對比。

【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
實施例
[0017]一種基于微米尺寸的雙面球冠圖形藍(lán)寶石襯底的用于提高光提取效率和散熱特性的GaN基LED倒裝芯片:
(I)GaN層的折射率大于藍(lán)寶石(Al2O3)襯底層的折射率，藍(lán)寶石襯底層即低折射率材料層，GaN層為高折射率材料層。
[0018](2)根據(jù)GaN基LED倒裝芯片的結(jié)構(gòu)，藍(lán)寶石層作為出光面。
[0019](3) GaN層不出光，需要鍍以反射膜層。
[0020](4)藍(lán)寶石層3的上表面I和下表面2制作凹的球冠形圖形結(jié)構(gòu)。從圖3中可以看出，當(dāng)球冠半徑和深度均為3微米時，光提取效率的整體趨勢是明確的，其由小到大的順序是:無圖形結(jié)構(gòu)時的LED、當(dāng)只在藍(lán)寶石層3的上表面I制作凹的球冠形圖形結(jié)構(gòu)、當(dāng)只在藍(lán)寶石層3的下表面2制作凹的球冠形圖形結(jié)構(gòu)和在藍(lán)寶石層3的上表面I和下表面2同時制作凹的球冠形圖形結(jié)構(gòu)。其中LED光提取效率的計算公式是:
光提取效率=逃逸出LED芯片的光通量/有源層總光通量
(5)球冠形圖形結(jié)構(gòu)的邊緣間距d的取值范圍是:0.1?3Mm。從圖3可以看出，對于藍(lán)寶石層3的上表面I和下表面2都制作凹球冠形圖形結(jié)構(gòu)，當(dāng)球冠形圖形結(jié)構(gòu)邊緣的間距在0.2?3Mm的范圍內(nèi)時，LED光提取效率都大于2倍的無圖形結(jié)構(gòu)LED光提取效率；而當(dāng)球冠形圖形結(jié)構(gòu)邊緣的間距大于4Mm時，LED光提取效率開始明顯下降。
[0021](6)球冠形圖形結(jié)構(gòu)的半徑r取值范圍是:d〈r〈4d。圖4為雙界面圖形結(jié)構(gòu)，且球冠間距d分別為0.2Mm、0.5Mm、0.8Mm和1.2Mm時，不同球冠半徑情況下(球冠深度=球冠半徑)，LED芯片光提取效率的對比。從圖4可以看出，對于藍(lán)寶石層3的上表面I和下表面2都制作凹球冠形圖形結(jié)構(gòu)，當(dāng)球冠形圖形結(jié)構(gòu)的邊緣間距不同時，球冠半徑r的取值范圍在d〈r〈4d時，LED光提取效率都是比較高的。例如當(dāng)球冠間距為0.5Mm、球冠深度等于球冠半徑時，球冠半徑取值從0.5?2Mm時，LED光提取效率都大于51%，即LED光提取效率值都較高。
[0022](7)球冠形圖形結(jié)構(gòu)的球冠深度D的取值范圍是:0.5r彡D彡r。圖5為雙界面圖形結(jié)構(gòu)，且球冠間距為0.5Mm，球冠半徑分別為0.5Mm、l.和5Mm時，不同球冠深度情況下，LED芯片光提取效率的對比。從圖5可以看出，對于雙表面都制作凹球冠形圖形結(jié)構(gòu)，當(dāng)球冠形圖形結(jié)構(gòu)的邊緣間距為0.5Mm時，球冠深度D的取值范圍在0.5r < D < r時，LED光提取效率都是比較高的。例如當(dāng)球冠間距為0.5Mm、球冠半徑為2Mm時，球冠深度取值從I?2Mm時，LED光提取效率值都較高。
[0023](8)球冠圖形邊緣間距的取值，在加工工藝許可的前提下，越小越好。從圖3可以看出，球冠半徑不同時，每種間距條件獲得的最高光提取效率值隨著間距數(shù)值的增加而逐漸減小。
[0024](9)球冠圖形的半徑的取值，在加工工藝許可的前提下，越小越好。從圖5可以看出，球冠間距都是0.5Mm，球冠深度不同時，每種球冠半徑條件獲得的最高光提取效率值隨著半徑數(shù)值的增加而逐漸減小。
【權(quán)利要求】
1.基于雙界面球冠型圖形結(jié)構(gòu)的LED芯片，其結(jié)構(gòu)自上而下依次為:藍(lán)寶石層(3)、N型氮化鎵層(4)、有源層(5)、P型氮化鎵層(6)以及金屬反射膜層(7)，其特征在于:藍(lán)寶石層(3)的兩個表面均設(shè)置有球冠型圖形結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED芯片，其特征在于:藍(lán)寶石層(3)的兩個表面的球冠型圖形結(jié)構(gòu)均為凹面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的LED芯片，其特征在于:球冠型圖形結(jié)構(gòu)間的間距d的取值范圍為 0.1Mm d 3Mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的LED芯片，其特征在于:球冠型圖形結(jié)構(gòu)中，球冠的半徑r的取值范圍為d〈r〈4d，球冠深度D的取值范圍為0.5r < D < r。
【文檔編號】H01L33/20GK104465924SQ201410651279
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】張軍, 車振, 余新宇, 陳哲, 方俊斌, 謝夢圓, 余健輝, 羅云瀚, 盧惠輝, 唐潔媛 申請人:暨南大學(xué)