[发明专利]一种提高大功率GaN基LED芯片外量子效率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及大功率LED的外量子效率问题，具体涉及一种提高大功率GaN基LED芯片外量子效率的方法。

背景技术

随着半导体制造技术的不断进步和新型材料的开发及应用，GaN基蓝色发光二极管技术趋于成熟，使得采用蓝光LED芯片加黄色荧光粉的白光LED固体光源的性能不断完善并进入实用阶段，目前市售瓦级大功率白光LED的发光效率已从2005年的30lm/W上升到2007年初的75lm/W，发光效率有了明显的提高，但与理论上出光效率200lm/W(参见刘行仁等人发表的“白光LED现状和问题”，《光源与照明》，2003年9月，第3期)相比还有较大的差距，这主要是蓝光LED芯片出光效率不高的原因。大功率LED的发光效率包括内量子效率和外量子效率，内量子效率为有源层中电子与空穴复合时的发光效率，外量子效率为发光层所发出的光从芯片表面出射的效率。目前大功率LED的内量子效率已经很高，达到90％以上，但由于GaN这种材料本身的的折射率比较高，对于平面片状的LED出光表面，有源层所发出的光从芯片的平面表面出射时的全发射的临界角比较小，因此有源层所发出的光的很大一部分在芯片的表面发生全反射，同时这些发生全反射的光在芯片的内部不断穿越有源层并被其吸收而产生热，这样影响了芯片的发光效率和整体性能的提高。在先技术中，为了提高大功率LED的外量子效率，采用在GaN表面通过激光表面粗化及激光剥离衬底(参见张国义等人发表的“固态照明光源的基石-氮化镓基白光发光二极管”，《物理学与高新技术》，第33卷，第11期，2004.11)的方法，但这些提高大功率LED外量子效率的方法都未能有效地解决芯片高折射率材料GaN表面的全反射问题。

发明内容

本发明提出一种提高大功率GaN基LED芯片外量子效率的方法。其目的在于克服现有的平面片状大功率LED芯片，由于表面全反射临界角过小而引起的外量子效率不高的问题。

本发明技术解决方案的原理是：制备并采用半球形的蓝宝石或GaN衬底、在衬底上生长的半球形GaN薄膜、以及在GaN薄膜中间的有源发光层，由于衬底是半球形的，所以在其上可以采用MOCVD技术生长出半球形的GaN及其半球形的有源发光层，当球的半径足够小时，从有源层发出的光入射到球形的GaN表面时，由于出射面的球面形状，有源层所发出的光的绝大部分在球面出射面上的入射角总是小于全反射的临界角，不会发生全反射而从该表面穿透出去，从而使芯片的外量子效率获得提高，同时由于有源层所发出的绝大部分光可以从芯片的表面取出，减少了芯片内部有源层对光的吸收而引起的温度升高的程度，从而又可提高芯片的性能。

本发明的具体技术方案如下：

一种提高大功率GaN基LED芯片外量子效率的方法，LED芯片采用蓝宝石或GaN衬底、在衬底上生长的GaN薄膜、以及在GaN薄膜中间的有源发光层，其特征在于：蓝宝石或GaN衬底为半球形，在衬底上生长的GaN薄膜以及在GaN薄膜中间的有源发光层均为半球形。

有源发光层发出的光经GaN薄膜表面出射时，让入射角小于全反射的临界角。

本发明的优点和积极效果在于：由于衬底是半球形的，所以在其上可以采用MOCVD技术生长出半球形的GaN薄膜及其半球形的有源发光层，当球的半径足够小时，从有源层发出的光的经半球形GaN表面出射时，其入射角总是小于全反射的临界角，在该半球面上不会发生全反射，绝大部分光可以透射出去，从而使芯片的外量子效率获得提高，同时由于有源层所发出的绝大部分光可以从芯片的表面取出，减少了芯片内部有源层对光的吸收而引起芯片温度升高的程度，从而又可提高芯片的性能。

附图说明

图1为本发明的半球形大功率GaN基LED芯片结构示意图。

1.蓝宝石衬底，2.GaN薄膜，3.有源发光层，4.有源发光层发出的光，5.出射光束。

具体实施方式

一种提高大功率GaN基LED芯片外量子效率的方法，LED芯片采用蓝宝石或GaN衬底1、在衬底上生长的GaN薄膜2、以及在GaN薄膜中间的有源发光层3，蓝宝石或GaN衬底为半球形，在衬底上生长的GaN薄膜以及在GaN薄膜中间的有源发光层均为半球形。

有源发光层发出的光4经GaN薄膜表面出射时，出射光束5的入射角小于全反射的临界角。