Led芯片及提高led芯片出光效率的方法
【技術領域】
[0001]本申請涉及一種半導體發光器件，特別是涉及一種LED芯片及提高LED芯片出光效率的方法。
【背景技術】
[0002]上世紀60年代第一只LED產品在美國誕生，它的出現給人們的生活帶來了很多光彩，由于LED具有壽命長、低功耗、綠色環保等優點，與之相關的技術發展得非常迅速。它已經成為“無處不在”與我們的生活息息相關的光電器件和光源，比如手機的背光，交通信號燈，大屏幕全彩顯示屏和景觀亮化用燈等等。
[0003]目前制約LED進一步應用和發展的瓶頸是它的價格和出光效率及散熱，理論上用藍光LED激發黃色熒光粉合成白光的發光效率高達每瓦300多流明，但是現在的實際效率還不到理論值的三分之二，大概是理論值的一半左右，其中一個重要原因是一部分從激活區發出的光無法從LED芯片內部逃逸出來。
[0004]現有的LED芯片為了提高出光效率，一般在襯底的下表面設置反光鏡，但是光傳輸至反光鏡需要經過較長的路線和多個界面，在傳播過程中光損失較多。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種LED芯片及提高LED芯片出光效率的方法。
[0006]為實現上述目的，本發明提供如下技術方案:
本申請實施例公開了一種LED芯片，包括透明襯底以及形成于所述透明襯底上的外延層，所述外延層包括依次形成于所述透明襯底上的第一半導體層、發光層和第二半導體層，所述透明襯底下表面與發光層之間形成有光反射結構。
[0007]優選的，在上述的LED芯片中，所述光反射結構包括形成于所述第一半導體層內部、和/或透明襯底內部的多個光點，所述光點為一空腔。
[0008]優選的，在上述的LED芯片中，所述第一半導體層為GaN層，位于所述第一半導體層內部的空腔內還形成有Ga金屬顆粒。
[0009]優選的，在上述的LED芯片中，所述光點的寬度大于LED芯片的發光波長。
[0010]優選的，在上述的LED芯片中，所述光點的寬度為1~5μπι，相鄰光點之間的間隔為0.1?2 μ m0
[0011]優選的，在上述的LED芯片中，所述光反射結構為不同相界面、漫反射界面或非平面結構。
[0012]相應地，本申請實施例還公開了一種提高LED芯片出光效率的方法，包括步驟: s1、在透明襯底上依次制作第一半導體層、發光層和第二半導體層；
s2、通過透明襯底一側，通過激光聚焦的方法在透明襯底內部、和/或第一半導體層上形成光反射結構，該光反射結構為多個空腔、不同相界面、非平面結構或粗糙界面。
[0013]優選的，在上述的提高LED芯片出光效率的方法中，所述透明襯底為藍寶石襯底。
[0014]與現有技術相比，本發明的優點在于:本發明在已經制作好的LED芯片上，通過激光手段在半導體層或襯底的內部形成反射結構，減少了光路的距離，提高了出光效率。同時針對GaN基LED,在激光溶融或燒灼完成后，還可以形成Ga金屬顆粒，通過金屬顆粒的作用，可以進一步提聞反射效果。
【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0016]圖1所示為本發明具體實施例中LED芯片的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行詳細的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0018]參圖1所示，LED芯片包括透明襯底1以及形成于透明襯底1上的外延層2，外延層2包括依次形成于透明襯底1上的第一半導體層21、發光層22和第二半導體層23，透明襯底1下表面與發光層22之間形成有光反射結構3。
[0019]透明襯底1的材質優選自藍寶石，其材質還可以為碳化硅、GaN、氧化鋅或透明玻3?。
[0020]第一半導體層21優選為GaN層，其包括依次形成于透明襯底1上的非摻雜GaN層211和摻雜型GaN層212。當GaN層212為N型摻雜時，相應地，第二半導體層23為P型摻雜的GaN層；當GaN層212為P型摻雜時，相應地，第二半導體層23為N型摻雜的GaN層。
[0021]光反射結構3優選為陣列設置的多個光點，每個光點為一空腔，或者為不同相的界面。光點優選形成于非摻雜GaN層211的內部、和/或摻雜型GaN層212的內部、和/或透明襯底1的內部。更優選的，光點形成于非摻雜GaN層211的內部。為了有效對光線進行反射，光點的寬度大于LED芯片的發光波長。優選的,光點的寬度為1~5μηι,相鄰光點之間的間隔越小越好，但是為了保證芯片的強度，相鄰光點之間的間隔優選為0.Γ2μπι0
[0022]進一步地,空腔內還可以形成有Ga金屬顆粒，通過Ga金屬顆粒的作用，可以進一步提高出光率。
[0023]光反射結構3還可以為一漫反射的界面(粗糙面)，其可以是連續的界面，也可以是由陣列的多個單元面構成，單元面可以位于同一平面，也可以位于不同的高度。漫反射的面可以形成于透明襯底下表面與發光層之間的任意位置，包括第一半導體層的上表面、下表面或內部，以及透明襯底的上表面或內部。
[0024]光反射結構3還可以為非平面結構。該非平面結構可以形成于透明襯底下表面與發光層之間的任意位置，包括第一半導體層的上表面、下表面或內部，以及透明襯底的上表面或內部。
[0025]上述具有光發射結構的LED芯片的制作方法包括如下步驟:
首先，制作LED芯片，具體包括:在透明襯底上依次制作第一半導體層、發光層和第二半導體層；
其次，通過透明襯底一側，通過激光聚焦熔融或者燒灼的手段，在透明襯底內部或第一半導體層的內部使得部分材料氣化，形成空腔，同時被熔掉的Ga固化后形成Ga金屬顆粒。
[0026]控制激光的聚焦條件，還可以在透明襯底的內部、以及第一半導體層上形成非平面或粗糙面的光發射結構。
[0027]需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
[0028]以上所述僅是本申請的【具體實施方式】，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本申請原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本申請的保護范圍。
【主權項】
1.一種LED芯片，其特征在于，包括透明襯底以及形成于所述透明襯底上的外延層，所述外延層包括依次形成于所述透明襯底上的第一半導體層、發光層和第二半導體層，所述透明襯底的下表面與發光層之間形成有光反射結構。2.根據權利要求1所述的LED芯片，其特征在于:所述光反射結構包括形成于所述第一半導體層內部、和/或透明襯底內部的多個光點，所述光點為一空腔。3.根據權利要求2所述的LED芯片，其特征在于:所述第一半導體層為GaN層，位于所述第一半導體層內部的空腔內還形成有Ga金屬顆粒。4.根據權利要求2所述的LED芯片，其特征在于:所述光點的寬度大于LED芯片的發光波長。5.根據權利要求4所述的LED芯片，其特征在于:所述光點的寬度為1~5μ m,相鄰光點之間的間隔為0.Γ2μπ?06.根據權利要求1所述的LED芯片，其特征在于:所述光反射結構為不同相界面、漫反射界面或非平面結構。7.一種提高LED芯片出光效率的方法，其特征在于，包括步驟: s1、在透明襯底上依次制作第一半導體層、發光層和第二半導體層； s2、通過透明襯底一側，通過激光聚焦的方法在透明襯底內部、和/或第一半導體層上形成光反射結構，該光反射結構為多個空腔、不同相界面、非平面結構或粗糙界面。8.根據權利要求7所述的提高LED芯片出光效率的方法，其特征在于:所述透明襯底為藍寶石襯底、ZnO襯底、碳化硅襯底、GaN襯底或透明玻璃。
【專利摘要】本申請公開了一種LED芯片及提高LED芯片出光效率的方法，該方法包括：s1、在透明襯底上依次制作第一半導體層、發光層和第二半導體層；s2、通過透明襯底一側，通過激光聚焦的方法在透明襯底內部、和/或第一半導體層上形成光反射結構，該光反射結構為多個空腔、不同相界面、非平面結構或粗糙界面。本發明在已經制作好的LED芯片上，通過激光手段在半導體層或襯底的內部形成光反射結構，減少了光路的距離，提高了LED的出光效率。同時針對GaN基LED，在激光熔融或燒灼完成后，還可以在GaN層內的某些局部形成Ga金屬顆粒，通過金屬顆粒的作用，可以進一步提高光反射效果。
【IPC分類】H01L33/10
【公開號】CN105280769
【申請號】CN201410320016
【發明人】梁秉文
【申請人】中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2014年7月7日