CN101937967A

CN101937967A - 发光二极管、发光装置及制造方法

Info

Publication number: CN101937967A
Application number: CN 201010285950
Authority: CN
Inventors: 张汝京; 肖德元
Original assignee: Enraytek Optoelectronics Co Ltd
Current assignee: Shanghai Xianyao Display Technology Co., Ltd.
Priority date: 2010-09-14
Filing date: 2010-09-14
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2030-09-14
Also published as: CN101937967B

Abstract

一种发光二极管、发光装置及其制造方法，其中所述发光二极管包括：反射衬底，位于所述反射衬底上的发光二极管管芯，其中，所述反射衬底朝向发光二极管管芯的一侧形成有一个以上的截顶锥形反射凹坑。一种包括所述发光二极管的发光装置。发光二极管发出的光在截顶锥形反射凹坑的侧壁上会发生反射，反射后的光可到达发光二极管的出光面，而提高了发光二极管的出光率。一种发光装置的制造方法，在衬底上依次形成发光二极管管芯以及第二电极；图形化所述衬底背面，露出发光二极管管芯，形成多个截顶锥形的衬底凸起；填充衬底凸起之间的空隙，形成第一电极。所述制造方法制造工艺较为简单。

Description

发光二极管、发光装置及制造方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，更具体地，本发明涉及一种发光二极管、发光装置及其制造方法。

背景技术

发光二极管(LED)是响应电流而被激发从而产生各种颜色的光的半导体器件。其中，以氮化镓(GaN)为代表的III-V族化合物半导体由于具有带隙宽、发光效率高、电子饱和漂移速度高、化学性质稳定等特点，在高亮度蓝光发光二极管、蓝光激光器等光电子器件领域有着巨大的应用潜力，引起了人们的广泛关注。

然而，目前半导体发光二极管存在着发光效率低的问题。对于未经封装的发光二极管，其出光效率一般只有百分之几。大量的能量聚集在器件内部不能出射，既造成能量浪费，又影响器件的使用寿命。因此，提高半导体发光二极管的出光效率至关重要。

基于上述的应用需求，许多种提高发光二极管出光效率的方法被应用到器件结构中，例如表面粗糙化法，金属反射镜结构等。公开号为CN1858918A的中国专利申请公开了一种发光二极管，所述的发光二极管下表面形成全角度反射镜结构，可以提高发光二极管出光效率。然而，该方法需要在衬底上形成多层由高折射率层与低折射率层堆叠而成的薄膜结构，制作工艺复杂。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种发光装置及其制造方法，以提高出光效率。

为解决上述问题，本发明提供一种发光二极管，包括：反射衬底，位于所述反射衬底上的发光二极管管芯，其中，所述反射衬底朝向发光二极管管芯的一侧形成有一个以上的截顶锥形反射凹坑。

相应地，本发明还提供一种包括所述发光二极管的发光装置。

相应地，本发明还提供一种发光装置的制造方法，在衬底上依次形成发光二极管管芯以及第二电极；图形化所述衬底背面，露出发光二极管管芯，形成多个截顶锥形的衬底凸起；填充衬底凸起之间的空隙，形成第一电极。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：发光二极管发出的光在截顶锥形反射凹坑的侧壁上会发生反射，反射后的光可到达发光二极管的出光面，从而提高了发光二极管的出光率；

本发明发光装置的制造方法较为简单。

附图说明

图1是本发明发光装置的剖面结构示意图；

图2是本发明发光装置制造方法一实施方式的流程图；

图3是图2所示步骤s1一实施例的流程图；

图4是图2所示步骤s2一实施的流程示意图；

图5至图11是本发明发光装置制造方法形成的发光装置一实施例的侧面示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术所述，为提高发光二极管的出光效率，现有技术的发光二极管需要在衬底上形成多层由高折射率层与低折射率层堆叠而成的薄膜结构，但所述薄膜结构的制作工艺复杂。

针对上述问题，本发明的发明人提供了一种包括发光二极管的发光装置，所述发光二极管包括衬底，所述衬底包括截顶锥形反射凹坑，发光二极管发出的光在截顶锥形反射凹坑的侧壁上会发生反射，反射后的光可到达发光二极管的出光面，从而提高了发光二极管的出光率。

参考图1，示出了本发明发光装置的剖面结构示意图。如图1所示，所述发光装置包括：基座101、以及安装于基座101内的发光二极管109，其中，

基座101，所述基座101包括装配凹坑，用于容纳所述发光二极管109，所述装配凹坑的侧壁与装配凹坑的底面之间的角度θ为130°～150°，所述装配凹坑的侧壁可用于反射发光二极管109发出的光，并将所述发光二极管109发出的光反射至发光二极管109的出光面，进而可以提高发光装置的出光效率。具体地，所述基座101采用散热性能好的导电材料，一方面可以使发光二极管产生的热量传导出去，另一方面基座101用于实现发光二极管109和电源负极的电连接。

具体地，所述基座采用硅或铝等材料；所述装配凹坑的上开口尺寸为4微米，所述装配凹坑的底面开口尺寸为2微米，上开口大底面开口小的装配凹坑，可以保证装配凹坑的侧壁与装配凹坑的底面之间的角度θ在130°～150°范围内，装配凹坑的侧壁可将发光二极管发出的光反射到发光装置的出光面。

较佳地，所述基座101上还连接有第一引线，用于连接基座101和电源的负极。

所述发光二极管109设置于基座101的装配凹坑中，包括：反射衬底、位于反射衬底上的发光二极管管芯、位于发光二极管管芯上的第二电极107。

所述反射衬底包括第一电极102和透光件103，所述第一电极102用于实现发光二极管109和电源负极之间的电连接，具体地，第一电极102采用钛、铝或金等导电金属制成，所述第一电极102包括多个梯形凸起，所述梯形凸起之间具有倒置的截顶锥形反射凹坑，所述截顶锥形反射凹坑的深度为20至50微米，所述截顶锥形反射凹坑之间的间距为10至50微米。所述透光件103填充于所述截顶锥形反射凹坑中，具体地所述透光件103的材料为氧化铝。

发光二极管109发出的光透过透光件103到达截顶锥形反射凹坑的侧壁上会发生反射，反射后的光可到达发光二极管109的出光面(如光路C所示)，从而提高了发光二极管109的出光率。

依次位于第一电极102的梯形凸起和透光件103上的N型掺杂的半导体、有源层和P型掺杂的半导体构成发光二极管管芯，其中，N型掺杂的半导体的材料包括N型氮化镓；有源层包括多量子阱有源层，具体地，所述多量子阱有源层的材料包括氮化铟镓；所述P型掺杂的半导体的材料包括P型氮化镓。

第二电极107位于发光二极管管芯上方，用于实现发光二极管109和电源正极之间的电连接，具体地，第二电极107采用镍或金的导电金属材料，较佳地，所述第二电极107上还连接有第二引线，用于连接发光二极管109和电源正极。

所述发光装置还包括透镜结构108，覆盖于第二电极107之上，用于会聚发光二极管发出的光线，以提高发光装置的亮度。所述透镜结构108还填充于所述发光二极管109和基座101之间的空隙中，所述透镜结构108可以会聚发光二极管发出的光(如光路A所示)；可以会聚发光二极管发出、经由基座侧壁反射的光(如光路B所示)；还可以会聚透过透光件103到达截顶锥形反射凹坑的侧壁，经由反射凹坑的侧壁反射的光(如图C所示)，所述透镜结构可以提高发光装置的亮度。

所述发光装置还包括覆盖于透镜结构上的荧光粉(图未示)，用于发出白光。具体地，对于发出蓝光的发光二极管，所述荧光粉为含Ce³⁺的YAG荧光粉。

综上，本发明提供的发明装置包括基座，以及安装于基座中的发光二极管，所述发光二极管包括反射衬底，所述反射衬底包括截顶锥形反射凹坑，发光二极管发出的光在截顶锥形反射凹坑的侧壁上会发生反射，反射后的光可到达发光二极管的出光面，而提高了发光二极管的出光率。

此外，所述发光装置的基座还包括用于容纳发光二极管的装配凹坑，所述装配凹坑的侧壁与装配凹坑的底面之间的角度θ为130°～150°，所述装配凹坑的侧壁可以反射发光二极管发出的光，可以进一步提高发光二极管的出光率。

相应地，本发明还提供一种发光装置的制造方法，参考图2，示出了本发光装置的制造方法一实施方式的流程图。所述发光装置的制造方法包括：

s1，在衬底上依次形成发光二极管管芯以及第二电极；

s2，图形化所述衬底背面，露出发光二极管管芯，形成多个截顶锥形的衬底凸起；

s3，填充衬底凸起之间的空隙，形成第一电极。

参考图5至图11，示出了本发明发光装置制造方法形成的发光装置一实施例的侧面示意图。下面结合附图对各步骤进行详细描述。

对于步骤s1，参考图3，示出了图2所示步骤s1一实施例的流程图，所述步骤s1包括：

步骤s11，提供衬底；

步骤s12，在所述衬底上形成N型掺杂的半导体层；

步骤s13，在所述N型掺杂的半导体层上形成有源层；

步骤s14，在所述有源层上形成P型掺杂的半导体层；

步骤s15，在所述P型掺杂的半导体层上形成第二电极。

执行步骤s11，所述衬底201为蓝宝石衬底，即衬底201的材料为氧化铝。

执行步骤s12，采用金属有机化合物化学气相淀积(Metal-organic ChemicalVapor Deposition，MOCVD)方法在衬底201上沉积N型掺杂的半导体材料，形成N型掺杂的半导体层202，具体地，所述N型掺杂的半导体材料为N型氮化镓。

执行步骤s13，采用MOCVD方法在N型掺杂的半导体层202上沉积有源层材料，形成有源层203，所述有源层203可以是单量子阱有源层，也可以是多量子阱有源层，具体地，所述有源层203为氮化铟镓的多量子阱有源层材料。

执行步骤s14，如图5所示，采用MOCVD方法在有源层上203形成P型掺杂的半导体层204，所述P型掺杂的半导体层204的材料为P型氮化镓。所述N型掺杂的半导体层202、有源层203、P型掺杂的半导体层204构成发光二极管管芯。

执行步骤s15，如图6所示，采用MOCVD方法在P型掺杂的半导体层204上沉积第二电极材料，形成第二电极205，具体地，第二电极205的材料为镍或金。

执行步骤s2，较佳地，在图形化所述衬底201之前，还包括对所述衬底201未设置有发光二极管管芯的背面进行减薄处理，减薄后的衬底201厚度为20至50微米，所述减薄处理减小了衬底201的厚度(如图7所示)，便于进行后续图形化处理。

参考图4，示出了图2所示步骤s2一实施例的流程图，所述步骤s2包括：

步骤s21，在衬底的背面上形成硬掩模；

步骤s22，以所述硬掩模为掩模蚀刻所述衬底的背面，直至露出发光二极管管芯；

步骤s23，去除硬掩模，形成多个截顶锥形的衬底凸起。

执行步骤s21，如图8所示，在衬底的背面沉积硬掩模材料，然后通过光刻和蚀刻的方法将硬掩模材料图形化，形成硬掩模206，具体地，所述硬掩模206的材料为二氧化硅。

执行步骤s22，如图9所示，以所述硬掩模206为掩模，通过湿法腐蚀法，从衬底20未设置有发光二极管管芯的背面开始蚀刻衬底20l，直至露出发光二极管管芯中的N型掺杂的半导体层202，具体地，对于特定晶向的衬底201，采用湿法腐蚀法进行各向异性腐蚀，在衬底201上形成多个上开口大、底面窄的沟槽，例如，衬底为c晶向的蓝宝石，采用硫酸和磷酸的混合溶液对蓝宝石衬底进行各向异性腐蚀；

需要说明的是，所述湿法腐蚀法采用的溶液需对衬底201和硬掩模206具有较大的选择比，从而避免在蚀刻衬底201的同时腐蚀硬掩模206，具体地，所述衬底201为蓝宝石衬底(即氧化铝)，所述硬掩模206为二氧化硅，采用硫酸和磷酸混合溶液蚀刻所述衬底201，硫酸和磷酸的混合溶液对二氧化硅的腐蚀作用较小。

执行步骤s23，如图10所示，通过氢氟酸溶液去除硬掩模206，由于对衬底蚀刻时，采用各向异性腐蚀，形成了多个上开口大、底面窄的沟槽，所述沟槽之间形成多个截顶锥形的衬底凸起209，所述衬底凸起209之间形成空隙210。

对于步骤s2，较佳地，所述硬掩模206中多个硬掩模图形之间的间距为10至50微米，蚀刻所述衬底201时的蚀刻深度为20至50微米；从而使形成的衬底凸起209之间的间距为10至50微米，所述衬底凸起209的高度为20至50微米。

执行步骤s3，向衬底凸起209之间的空隙填充导电材料，直至填满所述空隙，以形成第一电极207。具体地，所述导电材料包括钛、金或铝等导电金属。为了实现第一电极207和电源之间良好的电连接特性，较佳地，在填满所述空隙之后，继续沉积导电材料，形成位于衬底上的导电层，所述导电层和填充于空隙间的导电材料形成的第一电极207，由于所述导电层具有较大的接触面，可以实现良好的电连接。从而形成了由第一电极207和衬底凸起209构成的反射衬底。

至此，形成由反射衬底、位于反射衬底上的发光二极管管芯、位于发光二极管管芯上的第二电极构成的发光二极管。

所述发光装置的制作方法还包括：提供基座，所述基座包括装配凹坑；按照第一电极与装配凹坑底面相连的倒装方式，将发光二极管固定于基座的装配凹坑底面。其中，所述基座的装配凹坑侧壁与底面之间的角度为130°～150°，所述装配凹坑的侧壁可以反射发光二极管发出的光，可以提高发光二极管的出光效率。所述基座采用散热性能好的导电材料，例如硅或铝等；所述装配凹坑的上开口尺寸为4微米，所述装配凹坑的底面开口尺寸为2微米。

所述发光装置的制作方法还包括：形成覆盖于第二电极上的透镜结构，较佳地，形成覆盖于第二电极上、并填充于发光二极管和基座之间空隙的透镜结构，所述透镜结构可以会聚发光二极管发出的光。

所述发光装置的制作方法还包括：在透镜结构上涂覆荧光粉，用于发出白光，例如，发光二极管用于发出蓝光，在透镜结构上涂覆含Ce³⁺的YAG荧光粉，以发出白光。

所述发光装置的制造方法还包括设置连接基座和电源负极的第一引线、设置连接第二电极和电源正极的第二引线等，与现有技术相同，不再赘述。

至此，本发明的发光装置即制作完成。本发明发光装置的制造方法，制造工艺较为简单。

虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims

1.一种发光二极管，其特征在于，包括：反射衬底，位于所述反射衬底上的发光二极管管芯，其中，所述反射衬底朝向发光二极管管芯的一侧形成有一个以上的截顶锥形反射凹坑。

2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述截顶锥形反射凹坑中填充有透光件。

3.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述截顶锥形反射凹坑的深度为20至50微米。

4.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述截顶锥形反射凹坑之间的间距为10至50微米。

5.如权利要求2所述的发光二极管，其特征在于，所述透光件的材料包括氧化铝。

6.一种包括权利要求1～5所述任意一发光二极管的发光装置，其中，所述发光二极管还包括位于发光二极管管芯上的第二电极，所述发光装置还包括覆盖于第二电极上的透镜结构。

7.如权利要求6所述的发光装置，其中，所述发光装置还包括覆盖于透镜结构上的荧光粉。

8.如权利要求6所述的发光装置，其中，还包括：基座，发光二极管安装于所述基座上。

9.如权利要求8所述的发光装置，其中，所述基座包括用于安装所述发光二极管的装配凹坑，所述装配凹坑的侧壁与装配凹坑的底面之间的角度为130°～150°。

10.如权利要求9所述的发光装置，其特征在于，所述透镜结构还填充于所述发光二极管和装配凹坑的侧壁之间的空隙中。

11.如权利要求10所述的发光装置，其特征在于，所述发光装置还包括覆盖于透镜结构上的荧光粉。

12.一种发光装置的制造方法，其特征在于，在衬底上依次形成发光二极管管芯以及第二电极；图形化所述衬底背面，露出发光二极管管芯，形成多个截顶锥形的衬底凸起；填充衬底凸起之间的空隙，形成第一电极。

13.如权利要求12所述的发光装置的制造方法，其特征在于，所述在衬底上依次形成发光二极管管芯以及第二电极的步骤包括：提供衬底；在所述衬底上形成N型掺杂的半导体层；在所述N型掺杂的半导体层上形成有源层；在所述有源层上形成P型掺杂的半导体层；在所述P型掺杂的半导体层上形成第二电极。

14.如权利要求12所述的发光装置的制造方法，其特征在于，所述图形化所述衬底背面，露出发光二极管管芯，形成多个截顶锥形的衬底凸起的步骤包括：在衬底的背面上形成硬掩模；以所述硬掩模为掩模蚀刻所述衬底的背面，直至露出发光二极管管芯；去除硬掩模，形成多个截顶锥形的衬底凸起。

15.如权利要求14所述的发光装置的制造方法，其特征在于，所述衬底的材料为氧化铝，以所述硬掩模为掩模蚀刻所述衬底的背面的步骤包括，通过采用硫酸和磷酸混合溶液的湿法腐蚀法蚀刻所述衬底的背面。

16.如权利要求14所述的发光装置的制造方法，其特征在于，所述硬掩模的材料为二氧化硅，去除硬掩模，形成多个截顶锥形的衬底凸起的步骤包括：通过氢氟酸溶液去除硬掩模。

17.如权利要求12所述的发光装置的制造方法，其特征在于，填充衬底凸起之间的空隙，形成第一电极的步骤包括向衬底凸起之间的空隙填充导电材料，至少填满所述空隙。

18.如权利要求13所述的发光装置的制造方法，其中，还包括：形成至少覆盖所述第二电极的透镜结构。

19.如权利要求18所述的发光装置的制造方法，其中，还包括：在透镜结构上涂覆荧光粉。