[发明专利]发光二极管芯片及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，尤其是涉及一种发光二极管（LED）芯片及其制作方法。

背景技术

发光二极管（LED）具有体积小、效率高和寿命长等优点，在交通指示、户外全色显示等领域有着广泛的应用，目前逐渐成为目前电子学领域的研究热点。 

为了获得高亮度的LED，关键要提高器件内外量子效率。芯片光提取效率是限制器件外量子效率的主因，由于外延材料、衬底材料以及空气之间的折射率差别较大，导致发光层产生的光在不同折射率材料界面发生全反射而不能导出芯片。为此，改善LED发光效率的研究较为活跃，主要有：改变芯片的几何外形、采用倒金字塔结构、谐振腔或光子晶体等结构等。可见，芯片结构的设计对提高发光二极管的发光效率至关重要。

参见图1，在已知发光二极管结构中，包括：由下往上堆叠的N型层101、发光层102、P型层103、电流扩展层104、以及P、N电极（图中未示出）。发光层发出的光线要向上出射，需经过P型层103、电流扩展层104，由于光从光密介质射向光疏介质时，当入射角超过某一角度（临界角）时，会发生全反射现象。如光线1a、1b和1c从P型层103射向电流扩展层104（折射率小于P型层）时，入射角小于临界角故不发生全反射，同理地，光线1a、1b和1c从电流扩展层104射向外界空气（折射率为1，小于电流扩展层），也是当入射角超过临界角时，会发生全反射现象，而光线1c的入射角超过临界角，发生了全反射，从而无法向外出射；而如光线1d和1e由于入射角大于临界角，在P 型层103界面发生全反射现象，无法通过电流扩展层104向外出射，因而造成光损失，无法使得发光层发出的光线有效取出，影响了芯片的发光效率。

参见图2，在已知的一种改进发光二极管结构中，包括：由下往上堆叠的N型层201、发光层202、表面粗化的P型层203、电流扩展层204、以及P、N电极（图中未示出）。与图1类似，光线2a、2b不发生全反射，经过P型层203、电流扩展层204后向外出射；由于P型层203的上表面经过粗化处理，所以减少了光线发生全反射几率，发光层发出的光线2d经过表面粗化的P型层203及电流扩展层204后向外出射；而一部分光线，如2d和2e仍会发生全反射，无法向外出射，因而造成光损失，对于芯片的光效提升有一定的局限性，此外上述电流扩展层结构的电流扩展性比较有限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是改进现有技术的上述局限，以进一步降低全反射，改善电流扩展性，提高发光二极管芯片的出光效率和亮度。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的发光二极管芯片，其结构包括：具有凹凸微结构的外延层；图案化的第一电流扩展层，形成于具有凹凸微结构的外延层的凸表面；第二电流扩展层，覆盖于图案化的第一电流扩展层的上表面及未掩膜第一电流扩展层的具有凹凸微结构的外延层的凹凸表面。

本发明提供的上述的发光二极管芯片，其制作采用以下步骤的方法：

（1）提供一具有凹凸微结构的外延层，所述凹凸微结构的表面上设有图案化的第一电流扩展层；

（2）在所述第一电流扩展层的上表面及未披覆第一电流扩展层的外延层的凹凸表面覆盖第二电流扩展层。

所述步骤（1）具体包括：在一基板上形成外延层；在所述外延层上形成前述图案化的第一电流扩展层；以所述第一电流扩展层作为掩膜层，蚀刻所述外延层以形成具有凹凸微结构的外延层。

本发明的创新之处在于：采用图案化的第一电流扩展层充当掩膜层，使得外延层表面形成凹凸结构，再在图案化的第一电流扩展层的上表面及未掩膜第一电流扩展层的外延层的凹凸表面覆盖第二电流扩展层，如此形成双电流扩展层并配合具凹凸结构的外延层，可以降低全反射的发生几率并减少内部的反射与吸收，从而提高发光效率，此外双电流扩展层结构大大改善电流的扩展性，提高电流的注入效率，降低器件工作电压，提高了LED的亮度。

根据本发明，优选的是，所述第一电流扩展层、第二电流扩展层的折射率介于外延层与空气的折射率之间。

根据本发明，优选的是，所述第二电流扩展层的折射率略小于或者等于第一电流扩展层的折射率。

根据本发明，优选的是，所述第一电流扩展层与第二电流扩展层材料相同。

根据本发明，优选的是，所述第一电流扩展层为纳米球或纳米线或纳米柱结构。

根据本发明，优选的是，所述第二电流扩展层为连续分布的薄膜结构。