LED芯片及其制备方法、显示装置与流程

led芯片及其制备方法、显示装置
技术领域
1.本发明属于led技术领域，尤其涉及一种led芯片及其制备方法、显示装置。


背景技术：

2.一般来说，发光二极管(light emitting diode，led)的外量子效率等于内量子效率与光提取效率的乘积，所以，为了提高led的外量子效率，就需要提高led的光提取效率。
3.由于led芯片中氮化镓与空气之间的折射率差异引起临界角很小，其导致光在led芯片内部就发生全反射，从而会导致led的光提取效率低下，影响l ed的外量子效率。


技术实现要素：

4.本发明实施例的目的在于提供一种led芯片，旨在解决现有led光提取效率低下的问题。
5.本发明实施例是这样实现的，一种led芯片，包括衬底以及至少一组设置在所述衬底上的外延层，所述外延层包括第一半导体层和第二半导体层，所述第一半导体层与所述第二半导体层之间设有量子阱层；所述第一半导体层、所述第二半导体层和所述量子阱层中的至少一层的至少部分侧面为粗糙面，所述粗糙面与所述衬底的纵向轴线成第一夹角。
6.作为本发明实施例的一种优选方案，所述外延层垂直地设置在所述衬底上。
7.作为本发明实施例的另一种优选方案，所述第一半导体层包括p型氮化镓层；所述第二半导体层包括n型氮化镓层。
8.作为本发明实施例的另一种优选方案，所述粗糙面为所述n型氮化镓层的侧面。
9.作为本发明实施例的另一种优选方案，所述粗糙面为p型氮化镓层和/或所述量子阱层的侧面。
10.作为本发明实施例的另一种优选方案，所述外延层的纵向截面为六边形。
11.作为本发明实施例的另一种优选方案，所述第一夹角为30～60度。
12.作为本发明实施例的另一种优选方案，所述粗糙面的纹理为波浪形结构或锯齿结构。
13.作为本发明实施例的另一种优选方案，所述粗糙面是通过湿法刻蚀工艺进行粗糙化处理后形成的。
14.本发明实施例的另一目的在于提供一种上述的led芯片的制备方法，其包括以下步骤：
15.提供一衬底；
16.在所述衬底上通过沉积工艺形成所述led芯片的外延层，并使所述led芯片的外延层的至少部分侧面与所述衬底的纵向轴线成第一夹角；所述led芯片的外延层包括第一半导体层、第二半导体层和量子阱层；
17.对所述外延层的至少部分侧面进行粗化处理，以形成粗糙面，得到所述led芯片。
18.作为本发明实施例的另一种优选方案，所述粗化处理的方法为湿法刻蚀工艺。
19.本发明实施例的另一目的在于提供一种显示装置，所述显示装置包括显示背板，所述显示背板上设置有上述的led芯片。
20.本发明实施例提供的一种led芯片，具有倾斜且粗糙的侧表面，其可以引起光线运动紊乱，相比于传统的侧面竖直且较光滑的led芯片，本发明提供的led芯片可减少led芯片内部的光反射，使得更多的光线满足逃逸角，从而可以提升led芯片的光提取效率和发光效率；此外，本发明实施例提供的led芯片可优化成钻石形状，相比于传统的led芯片，钻石形状的led芯片的发光路径较短，从而可以减少光在传播过程中损失，以进一步提升光提取效率。
21.另外，本发明实施例提供的一种led芯片的制备方法，通过将led芯片的部分或全部侧面设计成倾斜侧面，以及对倾斜侧面进行粗化处理，可以使led芯片的侧面形成倾斜的粗糙面，从而可以使得光线运动紊乱，以及可以改变反射光的反射路线，减少内部反射，使得含有该改善后的led芯片的led的发光效率要优于传统的led。
附图说明
22.图1为本发明实施例提供的一种led芯片的结构示意图。
23.图2为本发明实施例提供的另一种led芯片的结构示意图。
24.图3为本发明实施例提供的另一种led芯片的结构示意图。
25.图4为本发明实施例提供的一种led芯片的制备方法的流程示意图。
26.图中：1-衬底、2-第一半导体层、21-p型氮化镓层、3-第二半导体层、31-n型氮化镓层、32-无掺杂氮化镓层、33-缓冲层、4-量子阱层、5-粗糙面、6-金属基座。
具体实施方式
27.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
28.另外，在本技术的描述中，所采用到的术语应当作广义的理解，对于本领域的技术人员而言，可以根据实际的具体情况来理解术语的具体含义。譬如，本技术中所采用的术语“设置”和“设有”，可以定义为接触式设置或者未接触式设置等；所采用的方位词术语均是以附图为参考或者根据以实际情况以及公知常识所定义的方向为准。
29.如附图1所示，本发明实施例提供了一种led芯片，其包括衬底1以及至少一组设置在所述衬底1上的外延层，所述外延层包括第一半导体层2和第二半导体层3，所述第一半导体层2与第二半导体层3之间设有量子阱层4；所述第一半导体层2、第二半导体层3和量子阱层4中的至少一层的部分侧面设有粗糙面5，且所述粗糙面5与衬底1的纵向轴线成第一夹角，第一夹角的角度可控制在30～60度，但不限于此。其中，可以通过湿法刻蚀工艺对第一半导体层2、第二半导体层3或量子阱层4的侧面进行粗糙化处理，以形成粗糙、凹凸不平的波浪形或锯齿结构的粗糙面5；外延层可垂直地设置在衬底1上；第一半导体层2可设置在衬底1上。另外，第二半导体层3也可设置在衬底1上，具体可参照下述实施例。
30.如附图1所示，本发明实施例提供了一种led芯片，该led芯片包括衬底1；衬底1上垂直设置有外延层，外延层包括第一半导体层2和第二半导体层3；所述第一半导体层2包括
p型氮化镓层21，p型氮化镓层21为p型氮化镓(p-gan)材质；所述第二半导体层3包括n型氮化镓层31和无掺杂氮化镓层32，n型氮化镓层31为n型氮化镓(n-gan)材质、无掺杂氮化镓层32为无掺杂氮化镓(u-gan)材质；量子阱层4为现有常见的绿光或蓝光的具有自电光效应的多量子阱(mqw)材料。所述p型氮化镓层21与衬底1之间设有金属基座6。所述n型氮化镓层31、无掺杂氮化镓层32和量子阱层4的侧面上均倾斜设置有粗糙面5，其与衬底1的纵向轴线形成的第一夹角的角度为30度。另外，粗糙面5的纹理为波浪形结构。
31.具体的，可通过化学气沉淀、曝光、蚀刻、光刻等工艺在衬底1上依次生长金属基座6、p型氮化镓层21、量子阱层4、n型氮化镓层31、无掺杂氮化镓层32，并使量子阱层4、n型氮化镓层31和无掺杂氮化镓层32的侧面形成斜面结构；然后，可通过湿法刻蚀工艺将量子阱层4、n型氮化镓层31和无掺杂氮化镓层32的侧面进行粗化，使其形成粗糙的粗糙面5，即可得到上述led芯片。
32.如附图2所示，在本发明的另一个实施例中，提供了另一种led芯片，其包括衬底1，衬底1为蓝宝石材质；衬底1上垂直设置有外延层，外延层包括第一半导体层2和第二半导体层3；所述第一半导体层2包括p型氮化镓层21，p型氮化镓层21为p型氮化镓(p-gan)材质；所述第二半导体层3包括n型氮化镓层31、无掺杂氮化镓层32和缓冲层33，n型氮化镓层31为n型氮化镓(n-gan)材质、无掺杂氮化镓层32为无掺杂氮化镓(u-gan)材质，缓冲层33也可采用无掺杂氮化镓材质；量子阱层4为现有常见的绿光或蓝光的具有自电光效应的多量子阱(mqw)材料。所述n型氮化镓层31、无掺杂氮化镓层32和缓冲层33的侧面上均倾斜设置有粗糙的粗糙面5，其与衬底1的纵向轴线形成的第一夹角的角度为30度。另外，粗糙面5的纹理为锯齿结构。
33.具体的，可通过化学气沉淀、曝光、蚀刻、光刻等工艺在衬底1上依次生长缓冲层33、无掺杂氮化镓层32、n型氮化镓层31、量子阱层4和p型氮化镓层21，并使n型氮化镓层31、无掺杂氮化镓层32和缓冲层33的侧面形成斜面结构；然后，可通过湿法刻蚀工艺将n型氮化镓层31、无掺杂氮化镓层32和缓冲层33的侧面进行粗化，使其形成粗糙的粗糙面5，即可得到上述led芯片。
34.如附图3所示，在本发明的另一个实施例中，提供了另一种led芯片，其包括衬底1，衬底1为蓝宝石材质；衬底1上垂直设置有外延层，外延层包括第一半导体层2和第二半导体层3；所述第一半导体层2包括p型氮化镓层21，p型氮化镓层21为p型氮化镓(p-gan)材质；所述第二半导体层3包括n型氮化镓层31、无掺杂氮化镓层32和缓冲层33，n型氮化镓层31为n型氮化镓(n-gan)材质、无掺杂氮化镓层32为无掺杂氮化镓(u-gan)材质，缓冲层33也可采用无掺杂氮化镓材质；量子阱层4为现有常见的绿光或蓝光的具有自电光效应的多量子阱(mqw)材料。所述量子阱层4、p型氮化镓层21、n型氮化镓层31、无掺杂氮化镓层32和缓冲层33的侧面上均倾斜设置有粗糙的粗糙面5。其中，该外延层的纵向截面为六边形，其外观类似于钻石的形状。另外，粗糙面5的纹理为锯齿结构。
35.具体的，可通过化学气沉淀、曝光、蚀刻、光刻等工艺在衬底1上依次生长缓冲层33、无掺杂氮化镓层32、n型氮化镓层31、量子阱层4和p型氮化镓层21，并使n型氮化镓层31、无掺杂氮化镓层32和缓冲层33的侧面形成第一斜面结构，第一斜面结构相对于衬底1的纵向轴线的倾斜角度为30度，使量子阱层4和p型氮化镓层21的侧面形成第二斜面结构，第二斜面结构相对于衬底1的纵向轴线的倾斜角度为60度，其中第一斜面结构和第二斜面结构
不在同一平面上，且不相互平行；然后，可通过湿法刻蚀工艺将量子阱层4、p型氮化镓层21、n型氮化镓层31、无掺杂氮化镓层32和缓冲层33的侧面进行粗化，使其形成粗糙的粗糙面5，即可得到上述led芯片。
36.如附图4所示，在本发明的另一个实施例中，还提供了一种led芯片的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
37.s1、提供一衬底；
38.s2、在所述衬底上通过沉积工艺形成所述led芯片的外延层，并使所述led芯片的外延层的至少部分侧面与所述衬底的纵向轴线成第一夹角；所述led芯片的外延层包括第一半导体层、第二半导体层和量子阱层；
39.s3、对所述外延层的至少部分侧面进行粗化处理，以形成粗糙面，得到所述led芯片。
40.具体的，第一半导体层包括p型氮化镓层，p型氮化镓层为p型氮化镓(p-gan)材质；第二半导体层包括n型氮化镓层和无掺杂氮化镓层，n型氮化镓层为n型氮化镓(n-gan)材质、无掺杂氮化镓层为无掺杂氮化镓(u-gan)材质；量子阱层为现有常见的绿光或蓝光的具有自电光效应的多量子阱(mqw)材料。另外，粗糙面的纹理可以为锯齿结构或者波浪形结构，其与衬底的纵向轴线形成的第一夹角的角度可控制在30～60度，但不限于此。
41.作为本发明实施例的一个优选方案，可通过现有的化学气沉淀、曝光、蚀刻、光刻等工艺将第一半导体层、第二半导体层和量子阱层的侧面生长成倾斜侧面；粗化处理的方法可采用现有的湿法刻蚀工艺对上述倾斜侧面进行粗化处理，以形成粗糙面。
42.在本发明的另一个实施例中，还提供了一种显示装置，所述显示装置包括显示背板，所述显示背板上设置有上述实施例提供的led芯片。
43.具体的，该显示装置可以为led灯，其除了led芯片的结构与现有常见的led灯结构不同，其余结构均与可与现有常见的led灯的相同，在此就不作赘述了。
44.由于传统方形结构的led芯片(侧面不倾斜且不粗糙)光通道长短不一，尤其是正面光路径太长，故会影响出光效率。而本发明实施例提供的led芯片，不仅发光路径变短，可减少光在传播过程中损失(尤其是实施例3提供的钻石形状的led芯片)；而且该led芯片的表面的粗化会引起光线紊乱，从而可以改善光在介质层与空气层之间的全反射，以提高光逸出的概率以及有助于提升光提取效率和发光效率。
45.综上所述，本发明实施例提供的led芯片，具有倾斜且粗糙的侧表面，其可以引起光线运动紊乱，减少led芯片内部的光反射，使得更多的光线满足逃逸角，从而提升led芯片的光提取效率；另外，本发明实施例提供的led芯片可优化成钻石形状，使其发光路径变短，减少光在传播过程中损失，从而可以进一步提升光提取效率。
46.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。