CN101853911A - 改善出光率的发光二极管结构以及制造方法 - Google Patents

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王小兰
程海英
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Abstract

本发明公开了一种改善出光率的发光二极管结构以及方法，用于改善芯片的出光率，提高光效。本发明提出的结构包括图形化的衬底和在图形化衬底上生长的发光材料，其中图形化衬底上包括图形凸起，在所述凸起上沉积有折射率比衬底的折射率小的透明材料层。本发明选择了折射率比衬底小的透明掩膜，例如衬底选择蓝宝石，掩膜选择二氧化硅。且最后并不去掉掩膜，在生长发光层的时候，掩膜存在于衬底与发光材料之间。经过测试，这种保留掩膜的结构可以大大提高出光率，使同等芯片的光效更高，提高出光率在20％以上。

Description

改善出光率的发光二极管结构以及制造方法
技术领域
本发明涉及发光二极管技术，用于改善发光二极管的出光率。
背景技术
商业上用蓝宝石PSS(Patterned Sappire Substrates图形化蓝宝石衬底)衬底的外延取得了巨大的成功。现有技术中，通常PSS衬底的主要制作方法简述如下：
在蓝宝石衬底上制作图形化的掩膜，通常采用二氧化硅或者金属掩膜；
然后刻蚀蓝宝石；
去掉掩膜，得到图形化的蓝宝石衬底。
如图1所示，在蓝宝石衬底1上最终会得到呈现锯齿状的表面2。其中锯齿状的表面设计是为了让更多的光反射，从而改善出光率。这样的制作方法需要去掉二氧化硅掩膜。
出光率越高，芯片的光效越高。因此，改善出光率一直是不断提高光效的一种重要途径。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是：提供一种改善出光率的发光二极管结构，该结构用于改善芯片的出光率，提高光效。
本发明所要解决的第二个技术问题是：提供一种改善出光率的发光二极管的制造方法，该方法用于改善芯片的出光率，提高光效。
为了解决上述第一个技术问题，本发明提出一种改善出光率的发光二极管结构，包括图形化的衬底和在图形化衬底上生长的发光材料，其中图形化衬底上包括图形凸起，在所述凸起上沉积有折射率比衬底的折射率小的透明材料层。
优选地：所述衬底为蓝宝石衬底。
优选地：：所述比衬底的折射率小的透明材料层为二氧化硅材料。
优选地：：所述发光材料为氮化镓基发光材料。
优选地：：所述凸起为圆台凸起。也可以是或三角形或其他图形的凸起。
为了解决所述的第二个技术问题，本发明一种改善出光率的发光二极管的制造方法，包括：
在衬底上制作掩膜，掩膜为折射率比衬底的折射率小的透明材料层；掩膜可以通过光刻胶制作；
刻蚀掩膜，制作图形化掩膜；
刻蚀衬底，制作图形化衬底，在衬底上形成凸起；可以是干法刻蚀如ICP等也可以是湿法；
保留所述掩膜，在衬底上生长发光材料。
本发明的有益效果如下：
相比现有技术，本发明选择了折射率比衬底小的透明掩膜，例如衬底选择蓝宝石，掩膜选择二氧化硅。且最后并不去掉掩膜，在生长发光层的时候，掩膜存在于衬底与发光材料之间。经过测试，这种保留掩膜的结构可以大大提高出光率，使同等芯片的光效更高，提高出光率在20％以上。
附图说明
图1是现有技术中采用蓝宝石衬底的结构简图。
图2是本发明的结构示意图。
图3a～3c是本发明的制造过程示意图。
具体实施方式
本发明提供的一种改善出光率的发光二极管结构以及制造方法。
实施例，参看图2所示。
在蓝宝石衬底1上形成有圆台状的凸起4图形。在凸起4上有二氧化硅掩膜7。掩膜7上沉积有氮化镓基外延层6。
参看图3，本例的制造方法如下：
如图3a所示，先在蓝宝石衬底1上通过光刻胶制作二氧化硅掩膜7。二氧化硅的为折射率为1.45，蓝宝石的折射率为1.765，掩膜的折射率比衬底的折射率小。
如图3b所示，然后干法或湿法刻蚀掩膜7，制作图形化掩膜，在衬底1上形成台柱状掩膜。
如图3c所示，然后刻蚀衬底1，制作图形化衬底，在衬底1上形成复合凸起5，复合凸起5由掩膜7和被掩膜保护的蓝宝石凸起5组成，形成圆台形。
保留掩膜7，在衬底1上生长氮化镓基外延层6，或者先生长氮化铝缓冲层再生长外延层6，最后结构如图2所示。
本例是针对蓝光芯片举例。
衬底表面的构图粗化，可以显著提高光的反射，进而提高出光率。本发明在构图凸起的情况下，增加了一个折射层，该层来源于掩膜，按照常规技术，该层是需要被腐蚀剥离的，但是本发明保留了该层。因此在腐蚀后的衬底上形成的凸起没有像现有技术中那样呈现三角的尖状，而是呈现圆台状。由于二氧化硅的折射率比蓝宝石的低，因此其能够反射更多的光线，在蓝宝石衬底的表面形成了双层反射面，这样加强了芯片的出光率，提高了光效。经过测试，这种保留掩膜的结构可以大大提高出光率，使同等芯片的光效更高，提高出光率在20％以上。
本发明除了适用蓝光LED以外，按照本发明技术，结合现有技术，可以制造具有更高出光率的诸如红光、绿光LED。

Claims (8)

1.一种改善出光率的发光二极管结构，包括图形化的衬底和在图形化衬底上生长的发光材料，其中图形化衬底上包括图形凸起，其特征在于：在所述凸起上沉积有折射率比衬底的折射率小的透明材料层。
2.根据权利要求1所述的改善出光率的发光二极管结构，其特在于：所述衬底为蓝宝石衬底。
3.根据权利要求1所述的改善出光率的发光二极管结构，其特征在于：所述比衬底的折射率小的透明材料层为二氧化硅材料。
4.根据权利要求1所述的改善出光率的发光二极管结构，其特征在于：所述发光材料为氮化镓基发光材料。
5.根据权利要求1所述的改善出光率的发光二极管结构，其特征在于：所述凸起为圆台凸起。
6.一种改善出光率的发光二极管的制造方法，包括：
在衬底上制作掩膜，掩膜为折射率比衬底的折射率小的透明材料层；
刻蚀掩膜，制作图形化掩膜；
刻蚀衬底，制作图形化衬底，在衬底上形成凸起；
保留所述掩膜，在衬底上生长发光材料。
7.根据权利要求6所述的改善出光率的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述衬底为蓝宝石衬底，或者所述掩膜为二氧化硅掩膜，或者所述发光材料为氮化镓基发光材料。
8.根据权利要求6所述的改善出光率的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述凸起为圆台形凸起。
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