一种LED芯片及其制作方法技术

本发明专利技术揭露了一种LED芯片及其制造方法，所述LED芯片在所述P型GaN层中形成了金属纳米阵列，所述金属纳米阵列包括金属芯和电介质外壳，所述金属纳米阵列能和有源层的光发生离子共振，从而提高LED的内量子效率，此外，有源层发出的光可以在金属纳米阵列上发生散射，提高光析出率，最终而提高LED的发光效率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术揭露了一种LED芯片及其制造方法，所述LED芯片在所述P型GaN层中形成了金属纳米阵列，所述金属纳米阵列包括金属芯和电介质外壳，所述金属纳米阵列能和有源层的光发生离子共振，从而提高LED的内量子效率，此外，有源层发出的光可以在金属纳米阵列上发生散射，提高光析出率，最终而提高LED的发光效率。【专利说明】一种LED芯片及其制作方法
本专利技术涉及LED制造
，尤其涉及一种LED芯片及其制作方法。
技术介绍
发光二极管(LED, Light Emitting Diode)是一种半导体固体发光器件,其利用半导体PN结作为发光材料，可以将电转换为光。当半导体PN结的两端加上正向电压后，注入PN结中的电子和空穴发生复合，将过剩的能量以光子的形式释放出来。LED具有寿命长，功耗低的优点，随着技术的日渐成熟，LED的运用领域也越来越多元化，对LED芯片的功率和亮度的要求也越来越高，如何提高LED芯片的功率是LED发展中遇到的难题之一。LED的功率与 LED 的内量子效率(IQE, Internal Quantum Efficiency)、光析出率(LEE, LightExtraction Efficiency)与夕卜量子效率(EQE, External Quantum Efficiency)息息相关，简单地说，IQE是注入电子与空穴复合发光的效率的体现，LEE是这些光逸出LED效率的体现，EQE为IQE与LEE之积，即注入电子转化为能逸出LED光的效率的体现。研究表明，注入电流密度超过一定值时，内量子效率并没有随注入电流的上升而上升。这是由于量子阱局域态被填满，电子只能通过缺陷能级与空穴无辐射复合。并且，LED的PN结作为杂质半导体，存在着材料品质、位错因素以及工艺上的种种缺陷，会产生杂质电离、激发散射和晶格散射等问题，使电子从导带跃迁到价带时与晶格原子或离子交换能量时发生无辐射跃迁，也就是不产生光子，这部分能量不转换成光能而转换成热能损耗在PN结内，影响LED的内量子效应。而对LED的LEE限制因素是材料的折射率和封装结构。当光线从高折射率的物质向低折射率的物质入射时，部分光会在界面上发生反射，并且当入射角大于全反射角时，会发生全反射。发生全反射时，光线无法进入低折射率的物质，只有入射角度小于全反射临界角的光线才能低折射率的物质而发射出去时。因此，LED芯片内部产生的光线只有一部分能发射出去，大大降低了 LED的效率。虽然目前各种方法被运用到LED的制造上以提高IQE和LEE，比如有源层采用多量子阱结构、图形化衬底、外延缓冲层等方法，并取得了一定的进展。但是持续提高LED的发光效率仍是不断探索和努力改进的方向。
技术实现思路
本专利技术提供一种LED芯片及其制作方法，用以提高LED芯片的发光效率。为解决以上问题，本专利技术提供一种LED芯片，包括衬底以及依次于所述衬底上的N型GaN层、有源层和P型GaN层，在所述P型GaN层中形成有金属纳米阵列，所述金属纳米阵列包括金属芯和电介质外壳。可选的，所述金属芯材质为Ag、Au、Cr或Cu。可选的，所述电介质外壳材质为Si02、Si3N4。可选的，所述金属纳米阵列为均匀分布在P型GaN层中的长条状列阵。可选的，所述金属纳米阵列为均匀分布在P型GaN层中的多行长方体阵列。可选的，所述金属纳米阵列为均匀分布在P型GaN层中的多行圆柱体阵列。可选的，所述金属纳米阵列相邻的两行之间相互错开。可选的，所述金属纳米阵列与有源层的间距为5nm-50nm。可选的，所述衬底是经过图形化处理的蓝宝石衬底。本专利技术还提供上述的LED芯片的制造方法，包括:提供衬底，依次在所述衬底上形成N型GaN层、有源层和P型GaN层；亥IM所述P型GaN层，形成阵列排布的开口；在所述开口的底部和侧壁形成第一电介质层；在所述开口填充金属，形成金属芯；在所述开口中形成第二电介质层，所述第一电介质层和第二电介质层形成电介质夕卜壳。可选的，所述开口的底部与与有源层的间距为5nm_50nm。可选的，所述阵列排布的开口为均匀分布在P型GaN层中的长条状开口。可选的，所述阵列排布的开口为均匀分布在P型GaN层中的多行长方形开口。可选的，所述阵列排布的开口为均匀分布在P型GaN层中的多行圆形开口。可选的，所述阵列排布的开口相邻的两行之间相互错开。可选的，所述金属芯材质为Ag、Au、Cr或Cu。可选的，所述电介质外壳材质为Si02、Si3N4。可选的,所述第一电介质层的厚度为2nm_10nm。。本专利技术提供一种LED芯片及其制作方法，所述LED芯片在P型GaN层中形成有金属纳米阵列，金属纳米阵列能和有源层的光发生离子共振，从而提高LED的内量子效率，从而提高LED的发光效率。同时，有源层发出的光在可以在金属纳米阵列上发生散射，减小光在射出面发生全反射的比率，进一步提高LED发光效率【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术实施例的LED芯片的制造方法的流程图；图2A?2E为本专利技术实施例的LED芯片的制造方法的各步骤的剖面结构示意图；图3A?3D为本专利技术实施例的LED芯片的金属纳米阵列的版图。【具体实施方式】在
技术介绍
中已经提及，提高LED芯片的发光效率是业内不断探索和努力改进的方向。为此，本专利技术提供一种LED芯片及其制作方法，所述LED芯片在P型GaN层中形成有金属纳米阵列，所述金属纳米阵列包括金属芯和电介质外壳，能提高LED的内量子效率和光析出率，从而提高LED的发光效率。下面将结合附图对本专利技术进行更详细的描述，其中表示了本专利技术的优选实施例，应所述理解本领域技术人员可以修改在此描述的本专利技术，而仍然实现本专利技术的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本专利技术的限制。为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本专利技术由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本专利技术。根据下面说明和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。请参考图1，其为本专利技术实施例的LED芯片制作方法的流程图，所述方法包括如下步骤:步骤SOl提供衬底，依次在所述衬底上形成N型GaN层、有源层和P型GaN层；步骤S02，刻蚀所述P型Ga N层，形成阵列排布的开口 ；步骤S03，在所述开口的底部和侧壁形成第一电介质层；步骤S04，在所述开口填充金属，形成金属芯；步骤S05，在所述开口中形成第二电介质层，所述第一电介质层和第二电介质层形成电介质外壳。参照图2A，执行步骤SOI，提供衬底101，依次在所述衬底101上形成N型GaN层102、有源层103和P型GaN层104。通常可以使用MOCVD方式来形成N型GaN层102、有源层103和P型GaN层104。本实例中，有源层102优选为多量子阱有源层，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种的LED芯片的制造方法，包括：提供衬底，依次在所述衬底上形成N型GaN层、有源层和P型GaN层；刻蚀所述P型GaN层，形成阵列排布的开口；在所述开口的底部和侧壁形成第一电介质层；在所述开口填充金属，形成金属芯；在所述开口中形成第二电介质层，所述第一电介质层和第二电介质层形成电介质外壳。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：毕少强，
申请(专利权)人：映瑞光电科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：