具有高的光抽取的发光二极管芯片及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种具有高的光抽取的发光二极管芯片，其包括基板、用于通过光电效应生成光的外延层结构、夹在基板和外延层结构之间的透明反射层、和用于向外延层结构提供电源的一对电极。对外延层结构的底面和顶面进行粗糙化以具有不小于１００ｎｍ均方根（ｒｍｓ）的粗糙度。因此，有效地抽取出由外延层结构生成的光。不大于５μｍ?ｒｍｓ的透明反射层形成为基板和外延层结构之间的界面。更有效地向上反射朝向基板的光。从而提高光抽取和亮度。本发明专利技术还提供了用于制造本发明专利技术的发光二极管芯片的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及芯片，更具体地涉及具有高的光抽取效率的发光二极管芯片。
技术介绍
请参照图1，其示出常规发光二极管芯片1。图1包括基板11、基板11上的外延层 结构12和由N型电极131和P型电极132构成的电极单元13。作为一个示例，外延层结构12由基于GaN的材料形成，并且具有第一 N型覆层 121、在第一覆层121上形成的有源层122和第二 P型覆层123。第一覆层121和第二覆层 123互相相对，并且相对于有源层122形成载流子注入器。由此，当向外延层结构12提供电 源时，电子和空穴在有源层122中再结合，然后以光的形式释放能量。例如，N型电极131和P型电极132由Au、Ni、Pt、Ag、Al等和/或其合金组成。N 型电极131被布置在外延层结构12的第一覆层121上并且与外延层结构12的第一覆层 121形成欧姆接触。P型电极132被布置在第二覆层123上并且与第二覆层123形成欧姆 接触，使得N型电极131和P型电极132向外延层结构12提供电力。当向N型电极131和P型电极132提供电能时，电流扩散并且流过外延层结构12， 而且向有源层122注入电子和空穴，该电子和空穴互相再结合，然后以光的形式释放能量。基于GaN的材料的折射率大约是2. 6，并且其周围材料(通常是空气)的折射率是 1，或者周围是用于包装并且具有的折射率为1. 4的透明封装材料。发光二极管芯片1的外 延层结构12的第二覆层123的顶面124是平面。由于它们的传播方向，从外延层结构12 生成的部分光将遵循斯涅尔定律(Snell’ slaw)，并且将不会逃离外延层结构12。因此，发 光二极管芯片1的光抽取并不良好。请参照图2，存在大量文献和专利，这些文献和专利提出对发光二极管芯片1’的 顶面124’进行粗糙化，以使照射在粗糙顶面124’上的光相对于粗糙顶面124’具有各种可 能的入射角。因此，增加了光逃离外延层结构12’的可能性，并且提高了光抽取效率。然而，从外延层结构12’生成的光不全部朝向顶面124’传播。朝向基板11’传播 的光面临与在顶面类似的情况，并且无法逃离外延层12’以进入周围环境。因此，光抽取仍 然很低。某个文献提出形成连接到外延层结构12’的、能够反射光的反射镜层。所希望的 是，朝向基板11’传播的光可以被朝向顶面124’反射，以提高从外延层结构12’生成的光 逃离外延结构并且进入周围环境的可能性。但是，朝向基板11’传播的光由于其传播方向 将被限制在外延层结构12’中，并且造成外延层结构12’内部的全内部反射。而且，有源层 可以吸收光。基板11’上的反射镜层基本上无法提高发光二极管芯片的光抽取。旨在改进发光二极管1、1’的结构以增加光抽取和亮度。
技术实现思路
发光二极管芯片包括基板、具有预定厚度并且折射率大于空气的折射率而小于外 延层结构的折射率的透明折射层、外延层结构和电极单元。电子和空穴再结合，然后以发光的形式释放能量。外延层结构具有连接到透明折 射层的底面和与底面相反的顶面。对底面和顶面进行粗糙化以具有不小于IOOnm均方根 (root mean square，rms)的粗糖度。电极单元具有一对电极，该对电极被分开地布置在外延层结构上并且与外延层结 构形成欧姆接触以向电极提供电流。一种用于制造本专利技术的具有高的光抽取(high light extraction)的发光二极管 芯片的方法包括以下步骤形成外延层结构、执行第一粗糙化步骤、形成一对电极、形成临 时基板、执行第二粗糙化步骤、形成基板、和去除临时基板。形成外延层结构的步骤包括在基板上形成具有第一N型覆层、有源层和第二P型 覆层的基于GaN的外延层结构。第一粗糙化步骤是对外延层结构的第二覆层的顶面进行粗糙化以具有不小于 IOOnm rms的粗糙度。形成该对电极的步骤包括分别在第一覆层上和第二覆层的粗糙化后的顶面上分 开形成一对电极，并且与它们形成欧姆接触。形成临时基板的步骤是在第二覆层上分开地形成临时基板，并且去除在外延层结 构之下的基板以暴露第一覆层的底面。第二粗糙化步骤是对第一覆层的底面进行粗糙化以具有不小于IOOnmrms的粗糙度。形成基板的步骤是用胶将基板附接到第一覆层的底面上，该胶具有预定折射率并 且对从外延层结构生成的光是透明的。当完成去除临时基板的步骤时，就完成了具有高的光抽取效率的发光三极管芯片 的制造。另一种用于制造具有高的光抽取效率的发光二极管芯片的方法包括以下步骤形 成外延层结构、执行第一粗糙化步骤、形成一对电极、形成临时基板、执行第二粗糙化步骤、 形成透明折射层、形成基板、以及去除临时基板。形成外延层结构的步骤包括在基板上形成具有第一N型覆层、有源层和第二P型 覆层的基于GaN的外延层结构。第一粗糙化步骤是对外延层结构的第二覆层的顶面进行粗糙化以具有不小于 IOOnm的粗糙度。形成该对电极的步骤包括分别在第一覆层上和第二覆层的粗糙化后的顶面上分 开地形成一对电极，以及与它们形成欧姆接触。形成临时基板的步骤是在第二覆层上分开地形成临时基板，并且去除在外延层结 构之下的基板，以暴露第一覆层的底面。第二粗糙化步骤是对第一覆层的底面进行粗糙化，以具有不小于IOOnmrms的粗6糙度。形成透明折射层的步骤是形成具有大于空气的折射率而小于外延层结构的折射 率的折射率，并且具有不大于5 μ m的厚度的透明折射层，该透明折射层连接到外延层结构的第一覆层。形成基板的步骤是形成连接到透明折射层的具有高导热系数的基板。去除临时基板的步骤产生具有高的光抽取效率的发光二极管芯片。本专利技术提供一种生产具有外延层结构(其包括具有预定粗糙度的顶面和底面)的 发光二极管芯片的制造过程。通过外延层结构的粗糙化后的顶面和底面从二极管芯片可以 有效地抽取出从外延层结构生成的光。此外，透明折射层在外延层结构和基板之间形成界 面，并且可以有效地将朝向基板传播的光向后朝向二极管芯片的顶面反射以提高光抽取效 率。附图说明图1是常规发光二极管芯片的示意性截面图；图2是另一个常规发光二极管芯片的示意性截面图；图3是根据本专利技术的第一方面的发光二极管芯片的示意性截面图；图4是用于制造本专利技术的第一方面的发光二极管芯片的处理流程；图5至图10是对应于图4的处理流程的多个阶段的示意性截面图；图11是根据本专利技术的第二方面的发光二极管芯片的示意性截面图；图12是本专利技术的第二方面的发光二极管芯片的处理流程；以及图13是根据本专利技术的第三方面的发光二极管芯片的示意性截面图。具体实施例方式将通过下述方面并结合附图详细描述和解释本专利技术提供的具有高的光抽取效率 的发光二极管芯片。应当注意的是，在下面描述中相同的元件用相同的标号来表示。请参照图3，其示出根据本专利技术的第一方面的发光二极管芯片的截面图。该发光二 极管芯片包括基板21、透明折射层22、外延层结构23和电极单元24。基板21包括底部基板211和反射镜层212。反射镜层连接到底部基板211，并且在 底部基板211上。底部基板211由包括硅、高导热陶瓷或高导热金属材料的材料制成。底 部基板211用于支撑透明折射层22和外延层结构23等。反射镜层212可以由Al、Ag、Au、 Pt、Pd、Rb或其组合形成。反射镜层212也可以由互相交替布置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光二极管芯片，该发光二极管芯片包括：基板；透明折射层，其形成在所述基板上，所述透明折射层的折射率大于空气的折射率；外延层结构，其底面连接到所述透明折射层，并且顶面与所述底面相反，所述外延层结构生成光并且具有大于所述透明折射层的折射率，所述底面和顶面都具有不小于１００ｎｍ均方根ｒｍｓ的粗糙度；以及电极单元，其具有在所述外延层结构上分开布置的一对电极，以形成与所述外延层结构的欧姆接触并且向所述外延层结构提供电能。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪瑞华，武东星，黄少华，谢创宇，林朝坤，
申请(专利权)人：普瑞光电股份有限公司，国立中兴大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]