CN102044624B

CN102044624B - 一种可发复合光的led器件、发光元件及制造方法

Info

Publication number: CN102044624B
Application number: CN2010105060072A
Authority: CN
Inventors: 齐继航; 张旺
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2030-09-30
Also published as: CN102044624A; US20130299861A1; WO2012041180A1; EP2622651A1; EP2622651A4; US8975652B2

Abstract

本发明提供了一种可发复合光的LED器件、发光元件及制造方法。该可发复合光的LED器件的制造方法，包括步骤：A、通过离心旋涂工艺在LED外延片可出光区域上形成具有平整表面的荧光粉胶层；B、固化所述荧光粉胶层，形成荧光粉层。本发明通过采用离心旋涂工艺在LED外延片上形成荧光粉层，实现荧光粉层表面平整，同时，简化了后续封装工艺。

Description

一种可发复合光的LED器件、发光元件及制造方法

技术领域

本发明属于固体半导体照明技术领域，尤其涉及一种可发复合光的LED器件、发光元件及制造方法。

背景技术

当前主流的白光LED（发光二极管）是通过将蓝光激发黄色荧光粉来实现的，具体地是通过对GaN基蓝光LED进行荧光粉层封装实现的。封装工艺如下：首先，在一具有碗杯结构的支架上固定GaN基蓝光LED芯片并进行电极焊线；然后，利用点胶机将混有荧光粉的胶体（如硅胶）注入碗杯中并固定胶体。这种封装工艺会导致的荧光粉层表面不平整，产生发光一致性较差和光斑等问题。这个问题也导致当前的封装方式已无法满足对光的一致性和演色性要求越来越高的应用方面，如LEDTV（LED电视），LED汽车前灯。

发明内容

本发明为解决现有技术中荧光粉层表面不平整的技术问题，提供一种LED外延片的荧光粉层涂布方法。

本发明实施例是这样实现的：

一种可发复合光的LED器件的制造方法，包括如下步骤：

A、在LED外延片可出光区域上形成具有腔体的透明层，所述腔体底部具有第一底部、第二底部和位于第一底部与第二底部之间的中间底部，所述第一底部和第二底部到腔体表面距离相等且大于中间底部到腔体表面的距离；

B、通过离心旋涂工艺在LED外延片可出光区域上形成具有平整表面的荧光粉胶层；

C、固化所述荧光粉胶层，形成荧光粉层。

本发明还提供一种可发复合光的LED器件，其中，包括由离心旋涂工艺形成具有平整表面的荧光粉层和LED外延片，还包括具有腔体的透明层，所述透明层位于所述LED外延片可出光区域上，所述荧光粉层位于所述腔体中；所述腔体底部具有第一底部、第二底部和位于第一底部与第二底部之间的中间底部，所述第一底部和第二底部到腔体表面距离相等且大于中间底部到腔体表面的距离。

本发明还提供一种发光元件，包括支撑衬底、第一电极、第二电极和位于所述支撑衬底上的外延层，所述外延层依次包括第一半导体层、有源层、第二半导体层，所述第一电极与第一半导体层电连接，所述第二电极与第二半导体层电连接，其中，还包括由离心旋涂工艺形成具有平整表面的荧光粉层和具有腔体的透明层，所述透明层位于所述外延层远离所述支撑衬底的一侧上，所述荧光粉层位于所述腔体中；所述腔体底部具有第一底部、第二底部和位于第一底部与第二底部之间的中间底部，所述第一底部和第二底部到腔体表面距离相等且大于中间底部到腔体表面的距离。

本发明还提供一种发光元件的制造方法，其中，包括如下步骤：

① 提供一LED外延片；

② 采用上述可发复合光的LED器件的制造方法在所述LED外延片上形成表面平整的荧光粉层；

③ 在LED外延片上进行光刻工艺，露出电极区；

④ 在所述电极区上沉积电极；

⑤ 对LED外延片进行划片分离，形成若干发光元件。

本发明技术方案的有益效果是：本发明通过采用离心旋涂工艺在LED外延片上涂布荧光粉层，实现荧光粉层表面平整，同时，简化了后续封装工艺。

附图说明

图1是本发明实施例的LED外延片的俯视图；

图2是本发明实施例的初始晶圆片横截面局部结构示意图；

图3a和图3b是本发明实施例水平倒装LED外延片横截面局部结构示意图；

图4a和图4b是本发明实施例垂直倒装LED外延片横截面局部结构示意图；

图5a和图5b是本发明实施例一涂布有荧光粉层的水平正装LED外延片结构示意图；

图5c是本发明实施例一涂布有荧光粉层的垂直正装LED外延片结构示意图；

图6a、图6b和图6c是本发明实施例二发光元件结构示意图；

图7a和图7b是本发明实施例三LED外延片的荧光粉涂布方法流程图；

图8a至图8j是本发明实施例四的发光元件制作流程中结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。

本发明的核心思想是在外延片崩裂分离成芯片之前将荧光粉的涂布工艺引入，通过离心旋涂工艺制造表面平整的荧光粉层，同时方便后续芯片的封装工艺。

本发明所述的可发复合光的LED器件是指涂布有荧光粉（层）的LED外延片（下面皆以后者描述）。

本发明所述的可发复合光的LED器件的制造方法是指LED外延片的荧光粉涂布方法（下面皆以后者描述）。

图1是本发明实施例的LED外延片的俯视图。

本发明实施例的LED外延片A是指完整的晶圆片，即芯片工艺中崩裂步骤之前的晶圆片都是本发明实施例的LED外延片A。该LED外延片A包括初始晶圆片和处理晶圆片。

本发明对该LED外延片A可发光波长和荧光粉层的被激发波长没有任何限制，该LED外延片A为任意可配合荧光粉使用的LED外延片，该荧光粉层是与该LED外延片A可以配合使用的任意荧光粉层。

图2是本发明实施例的初始晶圆片横截面局部结构示意图。

该初始晶圆片是指通过MOCVD(金属有机化合物化学气相淀积)工艺(当然也可以选用其他现有工艺，例如分子束外延生长工艺等)在第一衬底1上形成LED外延层2，该LED外延层2包括第一半导体层21、第二半导体层23以及位于第一半导体层21和第二半导体层23之间的有源层22，其中，该第一半导体层21离第一衬底1最近。该第一半导体层21为N型半导体层或者P型半导体层，与之相对应，该第二半导体层23为P型半导体层或者N型半导体层，形成PN结结构。该有源层22为量子阱层，一般优选为多量子阱层。

在GaN（氮化镓）系初始晶圆片中，一般，该第一半导体层21为N型GaN半导体层，该有源层22为InGaN（氮化铟镓）多量子阱层，该第二半导体层23为P型GaN半导体层。

该第一衬底1为不导电的衬底（例如，蓝宝石衬底）时，该初始晶圆片定义为水平正装LED外延片。

该第一衬底1为导电的衬底（例如，硅衬底或者碳化硅衬底）时，该初始晶圆片定义为垂直正装LED外延片。

所述处理晶圆片是指对初始晶圆片经过一定处理得到的，包括水平倒装LED外延片和垂直倒装LED外延片。

首先，将水平正装LED外延片定义出若干LED基本单元；其次，在该若干LED基本单元的同一侧的外延层上制备相应电极；然后倒装在相应的第二衬底上，形成水平倒装LED外延片。图3a和图3b是本发明实施例水平倒装LED外延片横截面局部结构示意图（也可以认为是一个LED基本单元的结构示意图），图3b中水平倒装LED外延片相对于图3a中的少了第一衬底，该第一衬底通过研磨或者刻蚀或者激光或者三者中任意结合方式剥离。请参考图3a，水平倒装LED外延片包括第一电极4、第二电极5以及从下到上依次排布的第二衬底3（也叫支撑衬底3）、LED外延层2、第一衬底1，该LED外延层2包括第一半导体层21、第二半导体层23以及位于第一半导体层21和第二半导体层23之间的有源层22，其中，该第一半导体层21离第一衬底1最近，该第二半导体层23离支撑衬底3最近；该支撑衬底3表面具有第一电极焊盘和第二电极焊盘，该第一、第二电极焊盘分别于第一电极4和第二电极5结合，固定支撑衬底3与LED外延层2，同时形成电连接。

将水平正装LED外延片和垂直正装LED外延片（即初始晶圆片）倒装在导电的第二衬底上，得到垂直倒装LED外延片。图4a和图4b是本发明实施例垂直倒装LED外延片横截面局部结构示意图，图4b中垂直倒装LED外延片相对于图4a中的少了第一衬底，该第一衬底通过研磨或者刻蚀或者激光或者三者中任意结合方式剥离。请参考图4a，垂直倒装LED外延片包括从下到上依次排布的第二衬底3（也叫支撑衬底3）、LED外延层2、第一衬底1，该LED外延层2包括第一半导体层21、第二半导体层23以及位于第一半导体层21和第二半导体层23之间的有源层22，其中，该第一半导体层21离第一衬底1最近，该第二半导体层23离支撑衬底3最近。

在GaN（氮化镓）系处理晶圆片中，一般，该第一半导体层21为N型GaN半导体层，该有源层22为InGaN（氮化铟镓）多量子阱层，该第二半导体层23为P型GaN半导体层。

下面以GAN基蓝光LED外延片涂布荧光粉层产生白光为对象，举例进行说明。荧光粉层为荧光粉与胶相互混合的混合物，该胶可以选取为环氧树脂或者硅胶，该荧光粉为稀土激活的铝酸盐YAG荧光粉。

实施例一

图5a和图5b是本发明实施例一涂布有荧光粉层的水平正装LED外延片结构示意图。

图5c是本发明实施例一涂布有荧光粉层的垂直正装LED外延片结构示意图。

1.1

请参照图5a，本实施例的LED外延片为水平正装LED外延片。

该水平正装LED外延片800包括蓝宝石衬底100和位于蓝宝石衬底100上的LED外延层200，该LED外延层200包括N型GaN半导体层201、P型GaN半导体层203以及位于N型GaN半导体层201和P型GaN半导体层203之间的InGaN多量子阱层202，其中，该N型GaN半导体层201离该蓝宝石衬底100最近。为了后期制作电极，该水平正装LED外延片800的部分InGaN多量子阱层202 和P型GaN半导体层203被刻蚀掉露出部分N型GaN半导体层201，形成台阶结构，剩下的P型GaN半导体层203的表面为该水平正装LED外延片800可出光区域的表面。

本实施例的涂布有荧光粉层的LED外延片包括水平正装LED外延片800、位于水平正装LED外延片800可出光区域上的具有腔体的透明层300、位于该腔体中的具有平整表面的荧光粉层400和与该透明层300配合将荧光粉层400密封的保护层600。该荧光粉层400由离心旋涂工艺形成。该水平正装LED外延片800具有若干个LED基本单元，每个LED基本单元都具有台阶结构，且每个LED基本单元上都具有单元透明层、单元荧光粉层和单元保护层，因此，该荧光粉层400、透明层300和保护层600也分别具有若干单元透明层、单元荧光粉层和单元保护层。

该透明层300的材料为对可见光波长透射性较好的材料，例如，二氧化硅。为了便于后续芯片加工，优选该透明层300为可以与P型GaN半导体层203形成良好电连接的透明导电层。该透明导电层材料优选为铟锡氧化物、铝锌氧化物或铟锌氧化物。该透明层300包括底部302和围绕底部302四周向上延伸形成的侧壁301，该底部302和侧壁301形成一腔体。该透明层300覆盖P型GaN半导体层203的面积越大越好，且该底部302的面积越大越好。本实施中，该荧光粉层400的厚度小于该侧壁的高度。该侧壁301的高度起到了控制荧光粉层400的厚度的作用，很好地解决了现有技术中荧光粉层厚度不可控制的缺陷。因此，该透明层300的主要作用是限定荧光粉层400的形状和厚度，能进一步解决现有技术中发光一致性和光斑问题，提高该LED外延片制成的发光元件的光学性能。优选该透明层300的腔体底部具有第一底部、第二底部和位于第一底部与第二底部之间的中间底部，所述第一底部和第二底部到腔体表面距离相等且大于中间底部到腔体表面的距离，以解决LED激发的不同方向的光在荧光粉层中的光程不同而导致色纯度较差的问题。采用该优选结构的透明层300，可以实现激发过程中的光在各点尽量具有相同光程，大大提高各点主波长的一致性，提高了该涂布有荧光粉层的LED外延片制成的LED芯片的色纯度。其实，该腔体没有腔体底部只有侧壁也是可以的。当然，在对于性能要求不是很高的某些实施例中该透明层300是可以省略的，将荧光粉层400直接形成在水平正装LED外延片800可出光区域表面上，此时，通过控制荧光粉胶（混有荧光粉的胶）的量来控制荧光粉层400的厚度。

该保护层600的材料为二氧化硅或者金属氧化物，金属氧化物为透明氧化物，例如，铟锡氧化物、铝锌氧化物或铟锌氧化物等，优选二氧化硅为该保护层600的材料。该保护层600的主要作用是保护荧光粉层400在后续工艺中不被污染。该保护层600的面积大于等于该腔体上表面面积，将该腔体密封盖住。该保护层600和该透明层300形成一密封空间，该密封空间直接将该荧光粉层400容置，将其保护起来。该保护层600可以避免在后续制作和应用过程中其他有机溶剂、等离子清洗对荧光粉厚度和寿命的影响。当然，优选该保护层600直接与该荧光粉层接触，减少全发射现象，增加出光效率。同上，在某些实施例中该保护层600也是可以省略的。

1.2

请参照图5b，本实施例的LED外延片为水平正装LED外延片。

该水平正装LED外延片800与本实施例1.1中描述一致，在此不再赘述。

本实施例的涂布有荧光粉层的LED外延片包括水平正装LED外延片800、位于水平正装LED外延片800可出光区域上具有平整表面的荧光粉层400和与该水平正装LED外延片800配合将荧光粉层400密封的保护层600。该荧光粉层400由离心旋涂工艺形成。

该保护层600的材料为二氧化硅或者金属氧化物，金属氧化物为透明氧化物，例如，铟锡氧化物、铝锌氧化物或铟锌氧化物等，优选二氧化硅为该保护层600的材料。

该保护层600包括保护层底部602和围绕保护层底部602四周向下延伸形成的保护层侧壁601，该保护层底部602和保护层侧壁601形成腔体。该保护层底部602的面积越大越好。该保护层600为一倒“U”形状，倒扣在荧光粉层400上，该保护层侧壁601与P型GaN半导体层203密封接触，将该荧光粉层400保护起来。该荧光粉层400的厚度由荧光粉胶的量决定。为了增加出光效率，优选该水平正装LED外延片800、荧光粉层400和保护层600紧密接触不留空隙。同上，该保护层600在某些实施例中是可以省略的。

为了方便后续工艺实施，优选该保护层600为透明导电层。

1.3

请参照图5c，本实施例的LED外延片为垂直正装LED外延片。

该垂直正装LED外延片801的结构与本实施例1.1中水平正装LED外延片800的结构区别点在于：

1、衬底材料的选择，因此，除衬底外图5c中的附图标记以及与其相对应的结构是与图5a中相同的。该垂直结构LED外延片801的衬底为导电碳化硅衬底101或者导电硅衬底101。

2、该垂直正装LED外延片801由于具备导电衬底101，因此，也不用为了制备电极而将部分P型半导体层和有源层刻蚀掉，这也是所有垂直结构LED外延片的特点。

本实施例的涂布有荧光粉层的LED外延片包括垂直正装LED外延片801、位于垂直正装LED外延片801可出光区域上的具有腔体的透明层300、位于该腔体中的具有平整表面的荧光粉层400和与该透明层300配合将荧光粉层400密封的保护层600。该荧光粉层400由离心旋涂工艺形成。垂直正装LED外延片801可出光区域的表面为P型GaN半导体层203的上表面。该垂直正装LED外延片801具有若干个LED基本单元，每个LED基本单元上都具有单元透明层、单元荧光粉层和单元保护层，因此，该荧光粉层400、透明层300和保护层600也分别具有若干单元透明层、单元荧光粉层和单元保护层。

该透明层300的材料为对可见光波长透射性较好的材料，为了便于后续芯片加工，优选该透明层300为可以与P型GaN半导体层203形成良好电连接的透明导电层。该透明层300包括底部302和围绕底部302四周向上延伸形成的侧壁301，该底部302和侧壁301形成一腔体。本实施例中，该荧光粉层的厚度与该侧壁301的高度相同。该侧壁301的高度起到了控制荧光粉层400的厚度的作用，解决了现有技术中荧光粉层厚度不可控制的缺陷。因此，该透明层300的主要作用是限定荧光粉层400的形状和厚度，能进一步解决现有技术中发光一致性和光斑问题，提高该LED外延片制成的发光元件的光学性能。

该保护层600的材料为二氧化硅或者透明金属氧化物。优选二氧化硅为该保护层600的材料。该保护层600的主要作用是保护荧光粉层400在后续工艺中不被污染。该保护层600的面积大于该腔体上表面面积，将该腔体密封盖住，该保护层600的面积等于腔体上表面面积加上所有侧壁表面面积。该保护层600和该透明层300形成一密封空间，该密封空间直接将该荧光粉层400容置，将其保护起来。

本实施例的涂布有荧光粉层的水平倒装LED外延片或者涂布有荧光粉层的垂直倒装LED外延片中荧光粉层与LED外延片的结合方式或者结合结构与涂布有荧光粉层的水平倒装LED外延片（本实施例1.3所述）相似，在此不再赘述。

实施例一中的透明层可以完全覆盖LED外延片可出光区域的表面，也可以剩下一定区域不覆盖。该不覆盖的区域可用于形成电极。

采用本发明实施例一的涂布有荧光粉层的LED外延片（可发复合光的LED器件）制备到的发光元件在封装工艺中减少了点荧光粉胶的步骤，大大简化封装工艺，提高封装效率。

实施例二

图6a、图6b和图6c是本发明实施例二发光元件结构示意图。

2.1

请参照图6a，本实施例的一种发光元件，可以由上述涂布有荧光粉层的LED外延片经过后续芯片工艺制备而得，因此，该发光元件相当于在上述涂布有荧光粉层的LED外延片（图5a中所示）的LED基本单元上制备电极得到。

该发光元件包括蓝宝石衬底10、外延层20、透明层30、具有平整表面的荧光粉层40、第二电极50、保护层60和第一电极70。该荧光粉层40由离心旋涂工艺形成。

本实施例中该蓝宝石衬底10为支撑衬底。

该外延层20位于蓝宝石衬底10上，从下到上依次包括N型GaN半导体层210、InGaN多量子阱层220、P型GaN半导体层230，并且露出部分N型GaN半导体层210。该P型GaN半导体层230的表面为该外延层20的可出光区域的表面（该水平正装LED外延片的LED基本单元80的可出光区域的表面）。

该透明层30包括底部32和围绕底部32四周向上延伸形成的侧壁31，该底部32和侧壁31形成一腔体。该荧光粉层40位于该腔体中。该透明层30的主要作用是限定荧光粉层40的形状和厚度，能进一步解决现有技术中发光一致性和光斑问题，提高该发光元件的光学性能。优选该透明层30的腔体底部具有第一底部、第二底部和位于第一底部与第二底部之间的中间底部，所述第一底部和第二底部到腔体表面距离相等且大于中间底部到腔体表面的距离，以解决LED激发的不同方向的光在荧光粉层中的光程不同而导致色纯度较差的问题。采用该优选结构的透明层30，可以实现激发过程中光在各点尽量具有相同光程，大大提高各点主波长的一致性，提高了该涂布有荧光粉层的LED外延片制成的LED芯片的色纯度。其实，该腔体没有腔体底部只有侧壁也是可以的。当然，在对光性能要求不是很高的某些实施例中该透明层30是可以省略的，将荧光粉层40直接形成在LED基本单元80的可出光区域的表面上。

若该透明层30为可以与P型GaN半导体形成良好电连接的透明导电层，则该第二电极50直接形成于该透明层30的侧壁31上，实现与P型GaN半导体层230电连接；若该透明层30为不可以与P型GaN半导体形成良好电连接的透明层，则先需要在该透明层30的侧壁31上挖孔至P型GaN半导体层230，然后再将该第二电极50沉积于孔中直接与P型GaN半导体层230接触，实现与P型GaN半导体层230电连接。当然，也可以将该P型GaN半导体层230的表面可分成预留区和除预留区外的透明层区。该透明层30形成在该透明层区上，该第二电极50形成在该预留区上。

该保护层60的材料为二氧化硅或者金属氧化物。金属氧化物为透明氧化物，例如，铟锡氧化物、铝锌氧化物或铟锌氧化物等。优选二氧化硅为该保护层600的材料。该保护层60的主要作用是保护荧光粉层40在后续工艺中不被污染。该保护层60的面积大于等于该腔体上表面面积，将该腔体密封盖住。该保护层60和该透明层30形成一密封空间，该密封空间直接将该荧光粉层40容置，将其保护起来。当然优选该保护层60直接与该荧光粉层接触，增加出光效率。同上，该保护层60在某些实施例中是可以省略的。

该第一电极70形成于N型GaN半导体层210露出的那部分上，实现与N型GaN半导体层210电连接。

2.2

请参照图6b，本实施例的一种发光元件，可以由上述涂布有荧光粉层的LED外延片（图5b中所示）经过后续芯片工艺制备而得，因此，该发光元件相当于在上述涂布有荧光粉层的LED外延片的LED基本单元上制备电极得到。

该发光元件包括蓝宝石衬底10、外延层20、具有平整表面的荧光粉层40、第二电极50、保护层60和第一电极70。该荧光粉层40由离心旋涂工艺形成。

本实施例中该蓝宝石衬底10为支撑衬底。该外延层20、第一电极70的结构和连接关系与本实施例1.1中描述一致，在此不再赘述。该保护层60的材料为二氧化硅或者透明金属氧化物。

该保护层60包括底部62和围绕底部62四周向上延伸形成的侧壁61，该底部62和侧壁61形成一腔体。该保护层60为一倒“U”形状，倒扣在荧光粉层40上，该侧壁61与P型GaN半导体层230密封接触，将该荧光粉层40保护起来。为了增加出光效率，优选该水平正装LED外延片的LED基本单元80、荧光粉层40和保护层60紧密接触不留空隙。同上，该保护层60在某些实施例中是可以省略的。

若该保护层60为可以与P型GaN半导体层230形成良好电连接的透明导电层，则该第二电极50直接形成于该保护层60的侧壁61上，实现与P型GaN半导体层230电连接；若该保护层60为不可以与P型GaN半导体层230形成良好电连接的透明保护层，则先需要在该保护层60的侧壁61上挖孔至P型GaN半导体层230，然后再将该第二电极50沉积于孔中直接与P型GaN半导体层230接触，实现与P型GaN半导体层230电连接。当然，也可以将该P型GaN半导体层230的表面可分成预留区和除预留区外的透明层区；该保护层60形成在该透明层区上，该第二电极50形成在该预留区上。

2.3

请参照图6c，本实施例的一种发光元件，可以由上述涂布有荧光粉层的LED外延片（垂直倒装LED外延片）经过后续芯片工艺制备而得，因此，该发光元件相当于在上述涂布有荧光粉层的垂直倒装LED外延片的LED基本单元上制备电极得到。

该发光元件为垂直倒装LED发光装置，包括第二衬底90、外延层20、透明层30、具有平整表面的荧光粉层40、保护层60和第一电极70。该荧光粉层40由离心旋涂工艺形成。

本实施例中该第二衬底90为支撑衬底。

该外延层20依次包括N型GaN半导体层、InGaN多量子阱层、P型GaN半导体层。该P型GaN半导体层位于第二衬底90上并与其电连接，形成垂直倒装结构。该外延层20的可出光区域的表面（该发光元件的可出光区域的表面）为N型GaN半导体层的表面。

该透明层30位于N型GaN半导体层表面。该透明层30包括底部32和围绕底部32四周向上延伸形成的侧壁31，该底部32和侧壁31形成一腔体。其实，该腔体没有腔体底部只有侧壁也是可以的。该腔体一般为六面体状。该荧光粉层40位于该腔体中。该透明层30的主要作用是限定荧光粉层40的形状和厚度，能进一步解决现有技术中发光一致性和光斑问题，提高该发光元件的光学性能。本实施例优选该透明层30的腔体底部具有第一底部321、第二底部323和位于第一底部321与第二底部323之间的中间底部322，所述第一底部321和第二底部323到腔体表面距离相等，所述中间底部322到腔体表面的距离要小于第一底部321到腔体表面的距离，以解决LED激发的不同方向的光在荧光粉层中的光程不同而导致色纯度较差的问题。定义位于所述中间底部322上荧光粉层的厚度为H。该优选结构的透明层30相当于在腔体的平面底部中心沉积一定形状的薄层，形成腔体的中间底部322，同时由薄层与平面底部限定出第一底部321和第二底部323，第一底部321和第二底部323的水平距离相等均为L。该中间底部322的形状和厚度可以根据实际应用情况确定。以外延层20上表面中心发出垂直向上的o1光和发出左边倾斜的o2光为例，o1光和o2光在荧光粉层40中所经路程差要较现有技术中的少得多，也就是说o1光和o2光激发的光（即荧光粉发出的光）的量基本一致，可以实现激发过程中激发的光在各点尽量具有相同光程，大大提高各点主波长的一致性，提高了该涂布有荧光粉层的LED外延片制成的LED芯片的色纯度。为了达到光效果更好，优选该L大于等于0.5H小于等于0.87H。在没有腔体底部的情况下，可以在腔体中另设一薄层于N型GaN半导体层表面上形成该优选腔体结构。该薄层与腔体侧壁不接触。本实施例中，薄层的材料与透明层的材料一致。当然，在对光性能要求不是很高的某些实施例中该透明层30是可以省略的，将荧光粉层40直接形成在水平正装LED外延片80可出光区域的表面上。

若该透明层30为可以与N型GaN半导体层形成良好电连接的透明导电层，则该第一电极70直接形成于该透明层30的侧壁31上，实现与N型GaN半导体层电连接；若该透明层30为不可以与N型GaN半导体形成良好电连接的透明层，则先需要在该透明层30的侧壁31上挖孔至N型GaN半导体层，然后再将该第一电极70沉积于孔中直接与N型GaN半导体层接触，实现与N型GaN半导体层电连接。当然，也可以将该N型GaN半导体层的表面可分成预留区和除预留区外的透明层区。该透明层30形成在该透明层区上，该第一电极70形成在该预留区上。

该保护层60的材料为二氧化硅或者透明金属氧化物。优选二氧化硅为该保护层60的材料。该保护层60的主要作用是保护荧光粉层40在后续工艺中不被污染。该保护层60的面积大于等于该腔体上表面面积，将该腔体密封盖住。该保护层60和该透明层30形成一密封空间，该密封空间直接将该荧光粉层40容置，将其保护起来。当然优选该保护层60直接与该荧光粉层接触，增加出光效率。同上，该保护层60在某些实施例中是可以省略的。

本发明实施例二的发光元件，可直接发出复合光，只需固晶和绑线就可以封装成发光二极管器件，简化了后续封装工序步骤。本发明实施例二的发光元件由于具有厚度可控和表面平整度高的荧光粉层，因此，具有很好的光学性能。

实施例三

图7a和图7b为实施例三LED外延片的荧光粉涂布方法流程图。

3.1

请参照图7a，本实施例的LED外延片为水平正装LED外延片。具体该水平正装LED外延片的荧光粉（荧光粉胶）涂布方法具体如下：

步骤S1，提供一水平正装LED外延片；该水平正装LED外延片包括蓝宝石衬底和形成于蓝宝石衬底上的外延层。该外延层从下到上依次包括N型GaN半导体层、InGaN多量子阱层、P型GaN半导体层。本步骤中还可以包括定义LED基本单元，即在外延层的上表面，通过掩膜和光刻工艺，形成横纵交错的切割线，这些切割线限定出若干LED基本单元。当然，制备切割线的同时，还可以进行台阶刻蚀，露出部分N型GaN半导体层。该P型GaN半导体层的表面为该水平正装LED外延片的可出光区域的表面，同时也为外延层的上表面。

步骤S2，在该水平正装LED外延片的可出光区域上形成具有腔体的透明层。该透明层的形成方法有沉积法、溶胶凝胶法和胶层涂布法等，优选通过沉积法形成。首先，在该水平正装LED外延片的可出光区域上形成平整的透明层，然后去除部分透明层，形成具有腔体的透明层。该腔体的形状视要求而定。一般为了使激发的光在荧光粉层具有相同的光程，优选该腔体的腔体底部中间到腔体表面的距离要小于腔体底部两边到腔体表面的距离。去除部分透明层的方法有蚀刻工艺，该腔体的形状可以通过掩膜的形状和蚀刻的时间来控制。该腔体内壁高度具有限定荧光粉层厚度的作用。该透明层的作用是限制荧光粉层的厚度和形状，并起到对荧光粉层一定的保护作用，因此，在某些实施例中，该步骤也可以被省略。

对于具有透明衬底（例如，蓝宝石衬底）的垂直倒装LED外延片，其具有腔体的透明层由该透明衬底形成，具体方法如下：首先，减薄该透明衬底，可以通过机械研磨和化学腐蚀同时进行减薄；然后，通过光刻工艺在该透明衬底上形成腔体。

步骤S3，通过离心旋涂工艺在该水平正装LED外延片上形成表面平整的荧光粉胶层。在本实施例中使用离心旋涂工艺可以很好的控制荧光粉层的厚度和表面平整性，可以制备表面平整性能好的荧光粉胶层，从而解决了现有技术中光一致性和光斑问题。进一步，该离心旋涂工艺，优选使用光刻工艺中的匀胶机。该匀胶机属于LED外延和芯片工艺中必用设备，因此，本步骤S3不会增加设备成本，同时在保证表面平整度的好的情况下能实现荧光粉胶层厚度可控（通过荧光粉胶量和匀胶机转速控制），该厚度控制精度达纳米级别，比现有技术的荧光粉胶层的厚度控制精度高的多。具体该步骤S3如下：首先，将在可出光侧表面点有荧光粉胶的LED外延片放入在光刻工艺中使用的匀胶机中；即在透明层上点上荧光粉胶，该荧光粉胶是事先经过均匀混合好的，该荧光粉胶的量，可以根据实际情况而定。优选，在LED外延片上均匀地点上若干滴荧光粉胶，可以快速实现胶层平整化和制作产品性能一致性好的涂布有荧光粉层的LED外延片。然后，启动匀胶机，控制好时间和转速，匀胶机将该荧光粉胶平整地涂布在该水平正装LED外延片上。优选该荧光粉胶的涂布厚度不超过该腔体的表面，即该荧光粉胶层的厚度小于该腔体侧壁高度，便于不做任何化学处理的情况下通过沉积等工艺制作保护层，可以很好的保护荧光粉层，该荧光粉胶层的表面就不会被后续工艺给污染了。

步骤S4，通过粘性薄膜去除位于腔体之外透明层表面上的荧光粉胶层即在该水平正装LED外延片上粘贴一粘性薄膜，然后撕掉所述粘性薄膜，去除腔体侧壁上的荧光粉层。在某些实施例中，该步骤也可以被省略。

步骤S5，固化所述荧光粉胶层，形成荧光粉层。

步骤S6，在所述荧光粉层上形成一保护层。该保护层的材料为二氧化硅或者透明金属氧化物，该保护层的形成方法为气相沉积，直接形成在该荧光粉层上正好密封该腔体。

本实施例的LED外延片的荧光粉涂布方法，可以一次进行多个外延片同时涂布，提高生产效率。

3.2

请参照图7b，本实施例的LED外延片为水平正装LED外延片。具体该水平正装LED外延片的荧光粉（荧光粉胶）涂布方法具体如下：

步骤R1，提供一水平正装LED外延片，该水平正装LED外延片包括蓝宝石衬底和形成于蓝宝石衬底上的外延层。该外延层从下到上依次包括N型GaN半导体层、InGaN多量子阱层、P型GaN半导体层。本步骤中还可以包括定义LED基本单元，即在外延层的上表面，通过掩膜和光刻工艺，形成横纵交错的切割线，这些切割线限定出若干LED基本单元。当然，制备切割线的同时，还可以进行台阶刻蚀，露出部分N型GaN半导体层。该P型GaN半导体层的表面为该水平正装LED外延片的可出光表面，同时也为外延层的上表面。

步骤R2，通过离心旋涂工艺在该水平正装LED外延片上形成表面平整的荧光粉胶层。离心旋涂工艺可以很好的控制荧光粉层的厚度和表面平整性，可以制备表面平整性能好的荧光粉胶层，从而解决了现有技术中光一致性和光斑问题。进一步，该离心旋涂工艺，优选使用光刻工艺中的匀胶机。该匀胶机属于LED外延和芯片工艺中必用设备，因此，该步骤S3不会增加设备成本，同时能实现荧光粉胶层厚度可控（通过荧光粉胶量和匀胶机转速控制），该厚度控制精度达纳米级别，比现有技术的荧光粉胶层的厚度控制精度高的多。具体该步骤S3如下：首先，将在可出光侧表面点有荧光粉胶的LED外延片放入在光刻工艺中使用的匀胶机中；即在透明层上点上荧光粉胶，该荧光粉胶是事先经过均匀混合好的，该荧光粉胶的量，可以根据实际情况而定。优选，在LED外延片上均匀地点上若干滴荧光粉胶，可以快速实现胶层平整化和制作一致性好的涂布有荧光粉层的LED外延片。然后，启动匀胶机，控制好转速，匀胶机将该荧光粉胶平整地涂布在该水平正装LED外延片的上表面。

R3、固化所述荧光粉胶层，形成荧光粉层。

R4、在所述荧光粉层上形成一保护层。该保护层的材料为二氧化硅或者透明金属氧化物，该保护层的形成方法为气相沉积，直接形成在该荧光粉层上。

具体方法：首先，将荧光粉层除去四周少量，当然，作为本领域技术人员，很容易想到该步骤可以荧光粉胶层固化之前实施；然后，通过掩膜、沉积工艺，形成该一倒“U”状保护层，倒扣在该荧光粉层上。该保护层包括底部和围绕底部四周向上延伸形成的侧壁。

为了更好的保护该荧光粉层，优选采用如下方法制备保护层：首先，通过沉积技术在荧光粉层上形成一二氧化硅层；然后，通过光刻工艺，在每个LED基本单元的四周刻蚀掉部分二氧化硅层和荧光粉层；最后，通过沉积技术在荧光粉层侧面处形成同样的二氧化硅层，最终形成倒“U”型保护层。

本发明实施例三的LED外延片的荧光粉涂布方法（可发复合光的LED器件的制造方法），适用于所有外延片，特点是在外延芯片段工艺中增加荧光粉层的涂布工艺，获得能够直接发出复合光的LED外延片，采用这种LED外延片制备到的发光元件在封装工艺中减少了点荧光粉胶的步骤，大大简化封装工艺，提高封装效率。同时，采用离心涂布工艺，尤其是采用匀胶机，在不增加设备成本的条件下，解决了胶水厚度不可控和胶水表面平整的问题，提高发光一致性和减少光斑。

实施例四

本实施例的一种发光元件的制造方法，包括如下步骤：

① 提供一LED外延片；

② 采用上述荧光粉涂布方法在该LED外延片上形成表面平整的荧光粉层；

③ 在该水平正装LED外延片进行光刻工艺，露出电极区；

④ 在所述电极区上沉积电极；

⑤ 对LED外延片进行划片分离，形成若干发光元件。

图8a至图8j是本发明实施例四的发光元件制作流程中结构示意图。图8a为整个LED外延片的结构示意图，图8b至图8i为LED外延片中LED基本单元结构示意图，图8j是本实施例的发光元件结构示意图。

请参考图8a至图8j，下面以垂直倒装的发光装置（发光元件）的制作方法为例进行说明。该发光元件具有较佳的发光一致性、较好的散热效果和有效的抗静电能力。

1. 提供一垂直倒装LED外延片，如图8a所示。该垂直倒装LED外延片可以购买，也可以自行制备。自行制备方法为：首先，通过MOCVD在蓝宝石衬底上形成外延层，该外延层的结构与上述一致，即获得本实施例原始晶圆片；其次，通过蒸镀或溅镀的方法在外延层的上表面（P型GaN半导体层）上制作第二电极，例如，形成钨、金金属电极；再次，提供导电性、散热性优良的第二衬底（也即支撑衬底），也通过蒸镀或溅镀的方法在第二衬底上制作合金金属接触层；然后，将具有第二电极的P型GaN半导体层倒装、键合在事先准备好的具有合金金属接触层的支撑衬底上；最后，先研磨，再激光剥离或直接激光剥离蓝宝石衬底，露出N型GaN半导体，形成该垂直倒装LED外延片T；或者，研磨减薄该蓝宝石衬底致一定厚度，剩余的蓝宝石衬底为透明层T1，形成该垂直倒装LED外延片T，如图8b所示。

2. 若垂直倒装LED外延片T没有透明层，则对剥离掉蓝宝石衬底的垂直倒装LED外延片T进行沉积工艺，沉积形成透明层T1，如图8b所示，此时透明层T1的材料没有限制，为透光性能好的材料，本实施例选二氧化硅。对透明层T1实施光刻、刻蚀工艺（优选干法蚀刻），形成腔体T11，如图8c所示。该具有腔体T11的透明层T1的作用是通过腔体T11的侧壁限制荧光粉层的厚度和形状，解决现有技术中荧光粉层厚度和形状不可控的技术问题。

3. 将荧光粉与硅胶按比例混合好的荧光粉胶点若干份到LED外延片的可出光表面，即透明层上，然后放入到光刻工艺中的匀胶机中进行荧光粉涂布，形成表面平整的荧光粉胶T3，该荧光粉胶T3包括位于腔体中的部分T31和位于侧壁上的部分T32（腔体之外透明层表面上的部分T32），如图8d所示。该若干份荧光粉胶最好均匀地排布在LED外延片上。该荧光粉胶的量和腔体决定了荧光粉层的厚度和形状。优选，该位于腔体中的部分T31的厚度小于侧壁的高度。由于荧光粉胶具有粘性，在某些情况下荧光粉胶会黏在侧壁上形成位于侧壁上的部分T32。在某些实施例中，在点荧光粉胶之前，还可以在LED外延片的可出光表面不需要涂覆荧光粉胶的地方先覆盖光刻胶；在经匀胶机涂布后，再将该光刻胶去除。

4. 通过粘性薄膜去除位于腔体之外透明层表面上的荧光粉胶层。如图8e，在LED外延片的可出光表面粘贴粘性薄膜T4，然后撕掉该粘性薄膜T4。由于高度差的原因，通过撕掉粘性薄膜，可将荧光粉胶不必要的部分T32拿掉，露出透明层T2，如图8f所示。

5. 固化该荧光粉胶形成荧光粉层。

6. 通过PECVD（等离子体增强化学气相沉积法）在LED外延片的可出光表面制作SIO2（二氧化硅）保护层T5，该保护层T5将腔体填满并覆盖透明层T3，如图8g所示。在固化荧光粉胶层和沉积保护层T5之间，不需要进行任何化学处理，不会对荧光粉层造成任何破坏，即很好地保护了该荧光粉层。该保护层T5可避免后续清洗工序有机溶剂或腐蚀液等对荧光粉层的造成影响，同时增加出光量。

7. 通过光刻、刻蚀工艺，刻蚀掉侧壁上的保护层T5和透明层T2的部分侧壁，形成电极孔T6，露出电极区，该电极区是部分N型半导体层。一般，若该透明层是透明导电材料，如金属薄层时，只要刻蚀掉侧壁上的保护层即可露出电极区，该电极区为部分透明层。若该透明层不完全覆盖N型半导体层时（即在N型半导体层上有预留区），则该保护层会有部分沉积在该N型半导体层的预留区上，此时，只要刻蚀掉部分或者全部该预留区上的保护层即可露出电极区，该电极区为该N型半导体层的部分或者全部预留区。

8. 沉积第一电极；在露出电极区上沉积第一电极T7，该第一电极T7穿过保护层T5和透明层T2与N型半导体层电连接，如图8i所示。

9. 对上步骤中的外延片进行崩裂，形成发光元件，如图8j所示。对该发光元件应用时，分别将电源的正负极接到第二电极T8和第一电极T7上，该发光元件就可以发出性能较好的白光，实现了本发明的目的。

本发明实施例四的发光元件的制造方法，可以进行批量生产。由该制造方法获得的发光元件能简化后续应用中的封装工艺。由该制造方法获得的发光元件由于具有厚度可控和表面平整度高的荧光粉层，因此，其具有很好的光学性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种可发复合光的LED器件，其特征在于，包括由离心旋涂工艺形成具有平整表面的荧光粉层和LED外延片，还包括具有腔体的透明层，所述透明层位于所述LED外延片可出光区域上，所述荧光粉层位于所述腔体中；所述腔体底部具有第一底部、第二底部和位于第一底部与第二底部之间的中间底部，所述第一底部和第二底部到腔体表面距离相等且大于中间底部到腔体表面的距离。

2.如权利要求1所述可发复合光的LED器件，其特征在于，还包括保护层，所述保护层位于所述荧光粉层上。

3.如权利要求2所述可发复合光的LED器件，其特征在于，所述保护层的材料为二氧化硅或者透明金属氧化物。

4.一种可发复合光的LED器件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

C、固化所述荧光粉胶层，形成荧光粉层。

5.如权利要求4所述可发复合光的LED器件的制造方法，其特征在于，步骤C之后还包括步骤：

D、在所述荧光粉层上形成一保护层。

6.如权利要求5所述可发复合光的LED器件的制造方法，其特征在于，所述保护层的材料为二氧化硅或者透明金属氧化物。

7.如权利要求4至6任一项所述可发复合光的LED器件的制造方法，其特征在于，所述步骤B进一步包括步骤：

B1、将在可出光区域上点有荧光粉胶的LED外延片放入到在光刻工艺中使用的匀胶机中；

B2、启动匀胶机，在所述LED外延片可出光区域上形成具有平整表面的荧光粉胶层。

8.如权利要求4所述可发复合光的LED器件的制造方法，其特征在于，若所述LED外延片可出光区域上没有透明衬底，则所述步骤A进一步包括步骤：

a 1、在所述LED外延片可出光区域上形成透明层；

a 2、通过光刻、刻蚀工艺在所述透明层上形成腔体。

9.如权利要求4所述LED外延片的荧光粉涂布方法，其特征在于，若所述LED外延片可出光区域上具有透明衬底，则所述步骤A进一步包括步骤：

a 1、减薄所述透明衬底；

a 2、通过光刻、刻蚀工艺在减薄后的透明衬底上形成腔体。

10.如权利要求4所述可发复合光的LED器件的制造方法，其特征在于，所述步骤B和C之间还包括步骤：

b、通过粘性薄膜去除位于腔体之外透明层表面上的荧光粉胶层。

11.一种发光元件，包括支撑衬底、第一电极、第二电极和位于所述支撑衬底上的外延层，所述外延层依次包括第一半导体层、有源层、第二半导体层，所述第一电极与第一半导体层电连接，所述第二电极与第二半导体层电连接，其特征在于，还包括由离心旋涂工艺形成具有平整表面的荧光粉层和具有腔体的透明层，所述透明层位于所述外延层远离所述支撑衬底的一侧上，所述荧光粉层位于所述腔体中；所述腔体底部具有第一底部、第二底部和位于第一底部与第二底部之间的中间底部，所述第一底部和第二底部到腔体表面距离相等且大于中间底部到腔体表面的距离。

12.如权利要求11所述发光元件，其特征在于，还包括保护层，所述保护层位于所述荧光粉层上。

13.如权利要求12所述发光元件，其特征在于，所述保护层的材料为二氧化硅或者透明金属氧化物。

14.一种发光元件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

① 提供一LED外延片；

② 采用权利要求4至10任一项所述可发复合光的LED器件的制造方法在所述LED外延片上形成表面平整的荧光粉层；

③ 在LED外延片上进行光刻工艺，露出电极区；

④ 在所述电极区上沉积电极；

⑤ 对LED外延片进行划片分离，形成若干发光元件。