[发明专利]LED芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体发光器件技术领域，特别是涉及一种LED芯片及其制备方法。

背景技术

LED作为一种节能、环保、低碳的新型发光材料，与传统照明相比较具有不可比拟的优势。但是目前LED要在照明领域完全替代其他光源，还需要解决如：光效不理想，成本过高，降低芯片发热量，提高LED使用寿命等诸多问题，而这些问题全部都受到LED量子效率的制约。早期LED发展集中在提高其内部量子效率上，主要采用如下方法：通过提高垒晶的质量及改变垒晶的结构，使电能不易转换成热能，进而间接提高LED的发光效率，从而可获得70％左右的理论内部量子效率，但是这样的内部量子效率几乎已经接近理论上的极限。

而芯片的光取出效率指的是组件内部产生的光子，在经过组件本身的吸收、折射、反射后，实际在组件外部可测量到的光子数目。从而可知，影响取出效率的因素还包括LED芯片材料本身的吸收、芯片的几何结构、芯片所使用的材料的折射率差及组件结构的光散射特性等。为了最大限度的提高LED芯片的光取出效率，在以往的LED技术改进中，针对以上所述几点因素做了不同的改进。如芯片几何结构的优化设计有表面粗化、ITO(IndiumTin Oxide(In₂O₃+SnO₂))粗化、倒装芯片、垂直结构、光子晶体等等。

参图1所示，普通的GaN(氮化镓)基LED均采用蓝宝石作为衬底材料，在其上分别生长N型掺杂半导体层、多量子阱发光层、P型掺杂半导体层等等层叠结构，形成LED晶圆。LED晶圆经过芯片工艺制作透明导电层、蚀刻出N型半导体台面、金属电极形成LED芯片。后续经过晶圆减薄、切割即可完成从外延到芯片的整个制作流程。

参图2所示，通常在LED芯片中，N型半导体台面距表面P型半导体的高度与金属电极的高度相当，也就是N型金属电极要高于发光层。靠近N电极区的发光层发出的光线将有很大一部分射向N电极。而大部分的金属电极材质为金，其对可见光的反射率低于40%，大部分光线将会被其吸收，降低了芯片的外量子效率，不利于侧面出光。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种LED芯片及其制备方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种提高了LED芯片光取出效率的LED芯片及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种LED芯片，所述LED芯片包括衬底以及依次位于衬底上的N型半导体层、多量子阱发光层、P型半导体层，所述N型半导体层为台阶状设置，N型半导体层包括第一台面及第二台面，第一台面的高度低于第二台面的高度，所述多量子阱发光层、P型半导体层位于第二台面上，所述N型半导体层的第一台面上设有与N型半导体层电性连接的N电极，P型半导体层上设有与P型半导体层电性连接的P电极，所述N电极和第二台面之间的第一台面上设有导光柱，所述导光柱顶部的水平高度不低于多量子阱发光层顶部的水平高度。

作为本发明的进一步改进，所述第二台面在与N电极对应位置的其余外侧也设有导光柱，导光柱环绕于第二台面外侧。

作为本发明的进一步改进，所述导光柱为连续导光柱或间隔导光柱结构。

作为本发明的进一步改进，所述间隔导光柱包括若干间隔设置的圆柱形、圆台形、三角锥型中一种或多种的组合；所述连续导光柱的截面为矩形、等腰梯形、或三角形。

作为本发明的进一步改进，所述导光柱底部宽度为3～10μm。

作为本发明的进一步改进，所述N型半导体层、P型半导体层、导光柱的材料为GaN、GaAs、InP、或InGaAsP。

作为本发明的进一步改进，所述衬底和N型半导体层之间包括非有意掺杂半导体层，非有意掺杂半导体层的材料为GaN、GaAs、InP、或InGaAsP。

作为本发明的进一步改进，所述N型半导体层上第一台面和第二台面通过侧面相连，所述侧面与垂直方向的夹角为10°～80°。

作为本发明的进一步改进，所述P型半导体层上还包括透明导电层，所述P电极与所述透明导电层电性连接。

相应地，一种LED芯片的制备方法，所述方法包括以下步骤：

S1、提供一衬底，在衬底上依次生长N型半导体层、多量子阱发光层、P型半导体层，构成LED晶圆；

S2、在LED晶圆上涂覆光刻胶并进行光刻，光刻后在P型半导体层、导光柱区域留下光刻胶；

S3、以LED晶圆上的光刻胶作为掩膜进行ICP蚀刻，蚀刻至N型半导体层产生第一台面；