[发明专利]具有钝化层粗化结构的GaN基LED芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钝化层粗化的GaN基LED(发光二极管芯片)结构及其制备方法，属于LED结构技术领域。

背景技术

近年来，氮化镓基发光二极管发展迅猛，但其较低的外量子效率严重制约了发光二极管在半导体照明领域的广泛发展。通过对氮化镓基发光二极管的表面进行粗化，将那些满足全反射定律的光改变方向，使之在另一表面或者反射回原表面时不会被全反射而透过界面，从而提高了其出光效率。LED作为一种光源，衡量它的一个重要指标就是光电的转换效率，它是LED内量子效率与其提取效率的乘积。内量子效率与LED本身的特性诸如材料的能带、结构、缺陷、杂质及垒晶组成等有关，而提取效率是指LED内部产生的光子，经过元件本身的吸收、反射、折射后，在元件外部可以测量到的光子数目，主要与元件材料本身的吸收、元件的几何结构、元件与封装材料折射率的差及元件结构的散射特性等有关。目前高品质的LED的内量子效率已经达到90％以上，但是由于光提取效率非常低，以及半导体材料的吸收，被吸收的光能被转换为热能，致使晶片结温升高，由此又导致LED的色偏，寿命以及电光转换效率降低等不利影响。所以如何提高LED的外量子效率的关键在于如何让内部有源区发出的光辐射出来。这主要是因为GaN基的外延层材料、蓝宝石衬底材料与空气之间的折射率差较大，导致有源区产生的光在不同的折射率材料界面发生全反射而不能导出芯片。根据全反射定律，GaN材料的折射率大约在2.5，光与GaN材料直接发射到空气中的全反射角为23.58度，目前主流的GaNLED芯片都采用ITO透明导电层结构，ITO折射率大约为1.7，光ITO到空气中的全反射角为36.03度，仍然有大量的光无法由LED芯片内部发出。早期由于GaN晶体与生长衬底的晶格常数不匹配，使得GaN系列蓝绿光LED外延生长品质与GaAs系列红黄光LED相比相差甚远，直到日本日亚公司成功的将GaN蓝绿光LED结构生长于(0001)蓝宝石衬底上，使得人类拥有全彩LED的梦想得以实现。相对于Si、SiC等其它衬底，蓝宝石衬底有稳定性高、技术成熟、机械强度高、性价比高等优点，因此使用蓝宝石衬底仍然是现在发光二极管产业的主流。

通常情况下，表面结构的形状及研究大致分两个方面:一是光子晶体，二是表面粗化。实际上可以通过氮化镓基发光二极管的二氧化硅层表面粗化从而提高发光二极管的出光效率。通过湿法腐蚀的方法在二氧化硅层上制作光子晶体得到粗化的表面，总体上提高了氮化镓基发光二极管的出光效率。

中国专利文献CN101452988A公开的《一种高取光率的高压LED芯片结构》，包括多个微晶粒单元，每个微晶粒单元包括衬底以及衬底上依次生长的N型氮化物层、发光层、P型氮化物层和透明导电层，所述N型氮化物层连接N型电极，所述透明导电层连接P型电极，所述各微晶粒单元之间由金属导电层连接形成串联或/和并联，所述金属导电层底面设有钝化层，所述高压LED芯片表面还设置涂覆层，所述涂覆层的表面是非平整的。通过对表面涂覆层粗化处理形成非平整的结构，有效提高了高压LED芯片的取光效率及出光量，提升了高压LED芯片的性能。但是涂覆层的材料为硅胶，覆盖于芯片表面可能会影响芯片的散热并且增加了LED芯片的厚度。

综上所述，以上现有技术存在降低LED芯片的缺点，相关人员在钝化层方面也进行了一些研究，但是相对而言研究的还是比较少，还有很大的提升空间。

发明内容

针对现有GaN基LED结构存在的不足，本发明提供一种可靠性好、出光效率高的具有钝化层粗化结构的GaN基LED芯片，同时提供一种该结构的制备方法。

本发明的具有钝化层粗化结构的GaN基LED芯片，采用以下技术方案：

该GaN基LED芯片，包括由下而上依次设置的n型GaN层、量子阱层和p型GaN层，p型GaN层上沉积有透明导电层，透明导电层和n型GaN层上均设置有金属电极，n型GaN层上设置有台面结构，透明导电层上表面除金属电极以外的区域和n型GaN层上表面除金属电极以外的区域均设置有粗化钝化层。

所述透明导电层为ITO(氧化铟锡)透明导电薄膜。

所述粗化钝化层是氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜或者氧化硅薄膜。

上述具有钝化层粗化结构的GaN基LED芯片的制备方法，包括步骤如下：

(1)沿GaN基外延片的p型GaN层到n型GaN层刻蚀出台面结构；