本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光電子器件制造領(lǐng)域，特別涉及一種偏振發(fā)光二極管芯片。
背景技術(shù)：
：發(fā)光二極管（LED）是一種以電子與空穴受激輻射方式發(fā)光的半導(dǎo)體光源裝置。LED發(fā)光的基本原理是：采用具有PN結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片，當(dāng)施加正向偏壓時(shí)，電子和空穴分別從N型區(qū)和P型區(qū)注入有源區(qū)，當(dāng)電子和空穴分別在導(dǎo)帶與價(jià)帶相遇而產(chǎn)生輻射復(fù)合，此時(shí)電子從導(dǎo)帶進(jìn)入價(jià)帶的能量差將以光子的形式釋放出來(lái)，光子的頻率即發(fā)光波長(zhǎng)取決于有源區(qū)材料的禁帶寬度。因此，根據(jù)材料的不同，LED可以發(fā)出紫外線、可見(jiàn)光或紅外光。近年來(lái)，第三代半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）以其獨(dú)特的性能帶來(lái)巨大的應(yīng)用前景，因其禁帶寬度范圍大，覆蓋從深紫外—遠(yuǎn)紅外的所有波段，無(wú)論是在白光、紫外LED，LD及紅外探測(cè)器都有著廣泛的發(fā)展空間。而在一些特殊應(yīng)用場(chǎng)所，如科研中的光彈效應(yīng)測(cè)量、電光效應(yīng)，生活中的汽車(chē)前照燈、立體（3D）電影、LCD顯示屏背光，需要使用偏振光源。通常偏振光的獲得需要使用普通光源結(jié)合一個(gè)起偏器，理論上已經(jīng)損失了50%的光能，而實(shí)際應(yīng)用中會(huì)大于50%，這使得光源利用率大大降低。如果能在LED芯片級(jí)別就實(shí)現(xiàn)出射偏振光，不僅可以使器件更小更薄，還可以在最大程度上減小光線通過(guò)起偏器時(shí)的反射損失?，F(xiàn)利用光刻等工藝在LED表面制備納米結(jié)構(gòu)的金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)可以使其強(qiáng)烈的反射某一方向的偏振光，而允許垂直此方向的偏振光通過(guò)，其功能相當(dāng)于一個(gè)線性偏振的偏振片。對(duì)于基于LED的偏振光源，希望其具有高的偏振光透射率。而要得到高的偏振消光比則要求大的金屬體積，大的金屬體積則導(dǎo)致金屬對(duì)光的反射和吸收增強(qiáng)，從而降低偏振光的透過(guò)率。與此同時(shí)，LED受激輻射發(fā)光時(shí)，TE模式的光波主要沿著水平方向，難以提取，所以傳統(tǒng)LED往往浪費(fèi)了這些光波。經(jīng)檢索，專(zhuān)利CN102263183B公開(kāi)了一種偏振出光發(fā)光二極管，其發(fā)光二極管芯片包括基底、N型層、量子阱、P型層，在P型層的上表面制備具有二維周期結(jié)構(gòu)的金屬表面層；或制備一介質(zhì)過(guò)渡層與具有二維周期結(jié)構(gòu)的金屬表面層的復(fù)合結(jié)構(gòu)。二維周期點(diǎn)陣的一個(gè)方向x，它的周期a為70～180納米，與x垂直的y方向的周期b為a的40%～80%。介質(zhì)過(guò)渡層的折射率n滿足條件為1.0＜n＜p型介質(zhì)的折射率。采用本發(fā)明技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了發(fā)光二極管直接出偏振光的目的，并能有效增強(qiáng)發(fā)光二極管的透射率和偏振度，使發(fā)光器件的整體體積大大縮小，同時(shí)它可通過(guò)半導(dǎo)體光刻工藝一次性集成在發(fā)光芯片上，易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。但該結(jié)構(gòu)的偏振出光發(fā)光二極管仍存在非常大的缺陷：1.該結(jié)構(gòu)將“金屬表面層”制備在P型層上面，會(huì)有如下缺陷：a）通常P型層上面需要制作ITO等接觸層、金屬電極等結(jié)構(gòu)，這會(huì)反射從有源區(qū)照射上來(lái)的光線，降低光提取效率；b）通常，P型半導(dǎo)體制作比較困難，尤其在GaN基LED，光線透過(guò)P區(qū)時(shí)會(huì)發(fā)生吸光現(xiàn)象，而消除吸光通常是通過(guò)提高P區(qū)的禁帶寬度，而禁帶寬度的提高會(huì)進(jìn)一步加劇制造P型半導(dǎo)體的困難程度，導(dǎo)致空穴濃度不夠，光效降低；c）為解決P區(qū)的吸光現(xiàn)象，當(dāng)前行業(yè)內(nèi)多采用倒裝LED芯片，即將襯底剝離，用襯底方向作為出光面替代傳統(tǒng)的方案；上述存在的缺點(diǎn)，該結(jié)構(gòu)都沒(méi)有進(jìn)行解決。2.由于LED材料折射率大于空氣，而LED的有源發(fā)光區(qū)發(fā)出的光線是向著立體角中的所有方向的，很大一部分光線在出射界面被全反射回來(lái)；另外，由于LED發(fā)出的光線分為T(mén)M模與TE模，而TE模主要沿著平行于出射面的方向，不能通過(guò)LED出光面出射。而且，當(dāng)LED的注入電流越大，TE模發(fā)光越占主要地位，而傳統(tǒng)LED一般將這部分光線舍棄，這也是導(dǎo)致LED在大電流注入下，實(shí)際的發(fā)光強(qiáng)度很難隨注入電流的提高而有效提高，從而導(dǎo)致了LED大注入電流條件下的低效率，嚴(yán)重阻礙大功率LED的發(fā)展及應(yīng)用。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可以高效偏振出光的發(fā)光二極管芯片，通過(guò)將LED芯片設(shè)置成棱臺(tái)結(jié)構(gòu)，通過(guò)在棱臺(tái)面上設(shè)置金屬高反射層并準(zhǔn)確地控制棱臺(tái)斜面的角度，可有效地將水平方向光波反射提取出來(lái)，很好地解決了LED光線提取效率低的問(wèn)題，同時(shí)在出光面設(shè)置的周期性蛾眼結(jié)構(gòu)/第二介質(zhì)陣列表面層，可以按照設(shè)計(jì)出射偏振光，滿足特殊需求。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種偏振發(fā)光二極管芯片，其創(chuàng)新點(diǎn)在于：所述偏振發(fā)光二極管芯片是一種棱臺(tái)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片，該棱臺(tái)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片包括自下而上依次設(shè)置的蛾眼結(jié)構(gòu)增透層、周期性蛾眼結(jié)構(gòu)/第二介質(zhì)陣列層、以及具有完整結(jié)構(gòu)可以正常發(fā)光的光二極管芯片，所述棱臺(tái)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片還包括在棱臺(tái)斜面及頂面上設(shè)置的金屬高反射層。進(jìn)一步地，所述棱臺(tái)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片，其側(cè)面與臺(tái)面夾角的銳角度數(shù)為30°～60°，即相對(duì)應(yīng)的鈍角為150°～120°。進(jìn)一步地，所述蛾眼結(jié)構(gòu)增透層的圖形是具有周期結(jié)構(gòu)的半橢球體或圓錐，圖形的橫向周期為0.3μm～30μm，圖形的底面直徑與高度比為0.2～8。進(jìn)一步地，所述周期性蛾眼結(jié)構(gòu)/第二介質(zhì)陣列層，是具有復(fù)合周期的陣列結(jié)構(gòu)，其中周期性蛾眼結(jié)構(gòu)是具有周期結(jié)構(gòu)的半橢球體圖形或圓錐圖形，圖形的橫向周期為0.3μm～30μm，圖形的底面直徑與高度比為0.2～8；第二介質(zhì)是填充的與蛾眼結(jié)構(gòu)不同折射率的介質(zhì)。進(jìn)一步地，所述與蛾眼結(jié)構(gòu)不同折射率的介質(zhì)是SiO2或SiNx。進(jìn)一步地，所述在棱臺(tái)斜面和頂面上的金屬高反射層，是通過(guò)在棱臺(tái)斜面和頂面蒸鍍或者濺鍍Ag/Ni/Al/Ti反射層，其厚度為1nm～1000nm。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：（1）本發(fā)明偏振發(fā)光二極管芯片，為棱臺(tái)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片，進(jìn)而形成發(fā)光二極管芯片的斜面，且在斜面上設(shè)置金屬高反射層，能夠?qū)M向的光線反射后出射，從而減小光能的損失，大大提高光線的提取率；通過(guò)在光二極管芯片的出光面設(shè)置周期性蛾眼結(jié)構(gòu)/第二介質(zhì)陣列層，可以使二極管芯片出射偏振光；同時(shí)，通過(guò)設(shè)置的蛾眼結(jié)構(gòu)增強(qiáng)層，提高光線的出射角，將原來(lái)發(fā)生全發(fā)射的光線出射。（2）本發(fā)明偏振發(fā)光二極管芯片，棱臺(tái)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片，其側(cè)面與臺(tái)面夾角的銳角度數(shù)為30°～60°，即相對(duì)應(yīng)的鈍角為150°～120°，可有效地將水平方向光波反射提取出來(lái)，進(jìn)而大大減小光能的損失。（3）本發(fā)明偏振發(fā)光二極管芯片，蛾眼結(jié)構(gòu)增透層和周期性蛾眼結(jié)構(gòu)/第二介質(zhì)陣列層均采用了蛾眼結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)等效于一個(gè)連續(xù)變化折射率的介質(zhì)層，并能在一個(gè)較寬的波譜范圍內(nèi)抑制反射光的損失。（4）本發(fā)明偏振發(fā)光二極管芯片，周期性蛾眼結(jié)構(gòu)/第二介質(zhì)陣列層中的第二介質(zhì)采用SiO2或SiNx，阻礙了光向外擴(kuò)散；金屬高反射層為1nm～1000nm的Ag/Ni/Al/Ti反射層，大大提高了偏振發(fā)光二極管芯片的出光效率。附圖說(shuō)明下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。圖1是實(shí)施例1偏振發(fā)光二極管芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是偏振發(fā)光二極管芯片具體的層次分布圖。圖3和圖4是偏振發(fā)光二極管芯片中蛾眼圖5是實(shí)施例2偏振發(fā)光二極管芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明偏振發(fā)光二極管芯片，其是一種棱臺(tái)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片，該棱臺(tái)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片包括自下而上依次設(shè)置的蛾眼結(jié)構(gòu)增透層、周期性蛾眼結(jié)構(gòu)/第二介質(zhì)陣列層、以及具有完整結(jié)構(gòu)可以正常發(fā)光的光二極管芯片，棱臺(tái)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片還包括在棱臺(tái)斜面上設(shè)置的金屬高反射層。作為實(shí)施例，更具體地實(shí)施方式為棱臺(tái)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片，其側(cè)面與臺(tái)面夾角的銳角度數(shù)為30°～60°，即相對(duì)應(yīng)的鈍角為150°～120°；蛾眼結(jié)構(gòu)增透層的圖形是具有周期結(jié)構(gòu)的半橢球體或圓錐，圖形的橫向周期為0.3μm～30μm，圖形的底面直徑與高度比為0.2～8；周期性蛾眼結(jié)構(gòu)/第二介質(zhì)陣列層，是具有復(fù)合周期的陣列結(jié)構(gòu)，其中周期性蛾眼結(jié)構(gòu)是具有周期結(jié)構(gòu)的半橢球體圖形或圓錐圖形，圖形的橫向周期為0.3μm～30μm，圖形的底面直徑與高度比為0.2～8；第二介質(zhì)是填充的與蛾眼結(jié)構(gòu)不同折射率的介質(zhì)，與蛾眼結(jié)構(gòu)不同折射率的介質(zhì)是SiO2或SiNx；在棱臺(tái)斜面和頂面上的金屬高反射層，是通過(guò)在棱臺(tái)斜面和頂面蒸鍍或者濺鍍Ag/Ni/Al/Ti反射層，其厚度為1nm～1000nm。實(shí)施例1本實(shí)施例偏振發(fā)光二極管芯片，如圖1所示，是一種三棱臺(tái)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片，該三棱臺(tái)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片，側(cè)面與臺(tái)面夾角的銳角度數(shù)為30～60°，即相對(duì)應(yīng)的鈍角為120～150°，如圖2所示，該三棱臺(tái)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片包括自下而上依次設(shè)置的蛾眼結(jié)構(gòu)增透層1、周期性蛾眼結(jié)構(gòu)/第二介質(zhì)陣列層2、以及具有完整結(jié)構(gòu)可以正常發(fā)光的光二極管芯片3，棱臺(tái)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片還包括在棱臺(tái)斜面和頂面上設(shè)置的金屬高反射層4。具體實(shí)施時(shí)，對(duì)具有完整結(jié)構(gòu)可以正常發(fā)光的二極管芯片進(jìn)行mesa刻蝕，漏出芯片的斜面，進(jìn)而形成一三棱臺(tái)結(jié)構(gòu)的光二極管芯片3，并在光二極管芯片3出光面3的下側(cè)面設(shè)置一層周期性蛾眼結(jié)構(gòu)/第二介質(zhì)陣列層2，該周期性蛾眼結(jié)構(gòu)/第二介質(zhì)陣列層2，是具有復(fù)合周期的陣列結(jié)構(gòu)，其中周期性蛾眼結(jié)構(gòu)，如圖3所示，是具有周期結(jié)構(gòu)的半橢球體圖形；或如圖4所示，是具有周期結(jié)構(gòu)的圓錐圖形，圖形的橫向周期為0.3μm～30μm，圖形的底面直徑與高度比為0.2～8；第二介質(zhì)是填充的與蛾眼結(jié)構(gòu)不同折射率的介質(zhì)，與蛾眼結(jié)構(gòu)不同折射率的介質(zhì)是SiO2或SiNx；周期性蛾眼結(jié)構(gòu)/第二介質(zhì)陣列層2的設(shè)置，可以使二極管芯片出射偏振光；該周期性蛾眼結(jié)構(gòu)/第二介質(zhì)陣列表面層2是由若干個(gè)周期單元組成，每個(gè)周期單元包括依次設(shè)置的蛾眼結(jié)構(gòu)和第二介質(zhì)陣列，且蛾眼結(jié)構(gòu)是由若干個(gè)呈周期性的小蛾眼結(jié)構(gòu)構(gòu)成的，周期性蛾眼結(jié)構(gòu)/第二介質(zhì)陣列表面層2的設(shè)置，可以使二極管出射偏振光；然后在周期性蛾眼結(jié)構(gòu)/第二介質(zhì)陣列層2的下表面刻蝕具有周期結(jié)構(gòu)的半橢球體圖形或圓錐圖形，圖形的橫向周期為0.3μm～30μm，圖形的底面直徑與高度比為0.2～8，形成蛾眼結(jié)構(gòu)增透層1，該蛾眼結(jié)構(gòu)增透層1可提高光線的出射角；并在棱臺(tái)的斜面和頂面通過(guò)蒸鍍或者濺鍍?cè)诶馀_(tái)面上形成厚度為1nm～1000nm的Ag/Ni反射層，其厚度為1nm～1000nm，進(jìn)而形成金屬高反射層4，是通過(guò)蒸鍍或者濺鍍?cè)诶馀_(tái)面上的Ag/Ni/Al/Ti反射層，能夠?qū)M向的光線反射后出射，從而減小光能的損失，大大提高光線的提取率。實(shí)施例2本實(shí)施例偏振發(fā)光二極管芯片，與實(shí)施例1相比，改變偏振發(fā)光二極管芯片的外觀形態(tài)，具體的層次分布不變。如圖5所示，本實(shí)施例偏振發(fā)光二極管芯片是一種四棱臺(tái)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片，該四棱臺(tái)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片，側(cè)面與臺(tái)面夾角的銳角度數(shù)為30～60°，即相對(duì)應(yīng)的鈍角為120～150°，如圖2所示，該三棱臺(tái)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片包括自下而上依次設(shè)置的蛾眼結(jié)構(gòu)增透層1、周期性蛾眼結(jié)構(gòu)/第二介質(zhì)陣列層2、以及具有完整結(jié)構(gòu)可以正常發(fā)光的光二極管芯片3，棱臺(tái)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片還包括在棱臺(tái)斜面和頂面上設(shè)置的金屬高反射層4。具體實(shí)施時(shí)，對(duì)具有完整結(jié)構(gòu)可以正常發(fā)光的二極管芯片進(jìn)行mesa刻蝕，漏出芯片的斜面，進(jìn)而形成一四棱臺(tái)結(jié)構(gòu)的光二極管芯片3，并在光二極管芯片3出光面3的下側(cè)面設(shè)置一層周期性蛾眼結(jié)構(gòu)/第二介質(zhì)陣列層2，該周期性蛾眼結(jié)構(gòu)/第二介質(zhì)陣列層2，是具有復(fù)合周期的陣列結(jié)構(gòu)，其中周期性蛾眼結(jié)構(gòu)，如圖3所示，是具有周期結(jié)構(gòu)的半橢球體圖形；或如圖4所示，是具有周期結(jié)構(gòu)的圓錐圖形，圖形的橫向周期為0.3μm～30μm，圖形的底面直徑與高度比為0.2～8；第二介質(zhì)是填充的與蛾眼結(jié)構(gòu)不同折射率的介質(zhì)，與蛾眼結(jié)構(gòu)不同折射率的介質(zhì)是SiO2或SiNx；周期性蛾眼結(jié)構(gòu)/第二介質(zhì)陣列層2的設(shè)置，可以使二極管芯片出射偏振光；該周期性蛾眼結(jié)構(gòu)/第二介質(zhì)陣列表面層2是由若干個(gè)周期單元組成，每個(gè)周期單元包括依次設(shè)置的蛾眼結(jié)構(gòu)和第二介質(zhì)陣列，且蛾眼結(jié)構(gòu)是由若干個(gè)呈周期性的小蛾眼結(jié)構(gòu)構(gòu)成的，周期性蛾眼結(jié)構(gòu)/第二介質(zhì)陣列表面層2的設(shè)置，可以使二極管出射偏振光；然后在周期性蛾眼結(jié)構(gòu)/第二介質(zhì)陣列層2的下表面刻蝕具有周期結(jié)構(gòu)的半橢球體圖形或圓錐圖形，圖形的橫向周期為0.3μm～30μm，圖形的底面直徑與高度比為0.2～8，形成蛾眼結(jié)構(gòu)增透層1，該蛾眼結(jié)構(gòu)增透層1可提高光線的出射角；并在棱臺(tái)的斜面和頂面通過(guò)蒸鍍或者濺鍍?cè)诶馀_(tái)面上形成厚度為1nm～1000nm的Ag/Ni反射層，其厚度為1nm～1000nm，進(jìn)而形成金屬高反射層4，是通過(guò)蒸鍍或者濺鍍?cè)诶馀_(tái)面上的Ag/Ni/Al/Ti反射層，能夠?qū)M向的光線反射后出射，從而減小光能的損失，大大提高光線的提取率。為了比較蛾眼結(jié)構(gòu)的圖形不同對(duì)本發(fā)明偏振發(fā)光二極管的影響，將采用不同圖形的蛾眼結(jié)構(gòu)垂直入射藍(lán)寶石的單面反射率，仿真結(jié)果見(jiàn)下表1。蛾眼結(jié)構(gòu)圖形d/nmH/nm峰值反射率平均反射率半橢球體A3503500.008270.00227半橢球體B3502450.011370.00236半橢球體C50010000.003890.00173圓錐A3503500.007850.000585圓錐B3502450.005840.00265圓錐C50010000.006750.00212由上表可以看出，當(dāng)蛾眼結(jié)構(gòu)圖形的底面直徑與高度一致時(shí)，圓錐的峰值反射率小于半橢球體，圓錐的平均反射率也小于半橢球體；當(dāng)蛾眼結(jié)構(gòu)圖形的底面直徑與高度不一致時(shí)，圓錐的峰值反射率既有小于，也有大于半橢球體的情況，但圓錐的平均反射率大于半橢球體；進(jìn)而綜上比較，圓錐的反射率相對(duì)半橢球球體較低，即有更高的透射率，因而一般選用圓錐圖形。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征以及本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3