CN102214754A - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发光二极管及其制备方法，发光二极管包括衬底和所述衬底上生长的LED外延片，所述LED外延片与所述衬底之间形成第一台阶，所述第一台阶处依次设有n电极和第一导电导热基板，所述LED外延片表面依次设有p电极和保护层，所述p电极和所述保护层形成第二台阶，所述第二台阶处设有第二导电导热基板。制备方法为：以生长有LED外延片的衬底为基础，分别制备n电极、p电极和保护层，并与导电导热基板固定而成。本发明的发光二极管具有双面导热、多面出光的效果，具有功率大、导热快、出光效率高、出光角度大等特点，并且不存在眩光效应。本发明的发光二极管的制备方法，工艺流程简单、成本低廉，适合用于工业化生产。

Description

发光二极管及其制造方法
技术领域
本发明涉及LED照明技术领域，尤其涉及一种LED及其制造方法。
背景技术
发光二极管(LED)是一种发光元件，在道路照明、汽车电子以及日常生活照明领域中都具有广泛的应用。
传统的LED是平面电极结构，也就是p/n电极和出光面在同一个平面上其制备工艺和流程已经相当成熟，在小功率器件市场上占主导地位。但是传统的LED结构具有明显的局限性，其散热、出光效率和芯片利用率都比较低，尤其是散热效果差，不能用于制造大功率LED。
为了制造大功率的LED，Lumileds和Cree分别研究出倒装结构和垂直结构，把驱动电流提高了一倍，达到了700mA，垂直结构最大甚至可以达到1000mA，LED功率也达到了1W级别。
虽然倒装结构和垂直结构改善了LED的散热并且提高了功率，但是这两种结构和传统的平面结构一样也存在着LED单面出光的问题，也就是pn结发出的光只能通过LED正面输出，而射向LED背面(衬底方向)的光很难输出，极大地限制了LED的取出效率以及流明效率。而且，这两种结构虽然提高了器件功率，但器件的饱和驱动电流也很难超过1A，限制了LED器件功率的进一步提升。另外，这些结构中由于出光角度和发光面小，存在眩光效应。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种多面出光、功率大、不存在眩光效应的发光二极管。
本发明进一步要解决的技术问题在于，还提供一种发光二极管的制造方法。
为了达成上述目的，依据本发明，提供一种发光二极管，包括衬底和所述衬底上生长的LED外延片，所述LED外延片与所述衬底之间形成第一台阶，所述第一台阶处依次设有n电极和第一导电导热基板，所述LED外延片表面依次设有p电极和保护层，所述p电极和所述保护层形成第二台阶，所述第二台阶处设有第二导电导热基板。
在本发明所述的发光二极管中，优选地，所述第一台阶和所述第二台阶的长度为所述LED外延片长度的30％～40％。
在本发明所述的发光二极管中，优选地，所述第一台阶与所述第二台阶位于所述LED外延片的同侧。
在本发明所述的发光二极管中，优选地，所述第一导电导热基板与所述第二导电导热基板之间设有绝缘层。
在本发明所述的发光二极管中，优选地，所述LED外延片为GaN基LED外延片。
在本发明所述的发光二极管中，优选地，所述n电极为镍铝电极。
在本发明所述的发光二极管中，优选地，所述p电极为镍金电极。
在本发明所述的发光二极管中，优选地，所述保护层为二氧化硅或氮化硅。
在本发明所述的发光二极管中，优选地，所述衬底为蓝宝石、碳化硅或硅。
为了达成上述目的，依据本发明，还提供一种发光二极管的制备方法，包括以下步骤：
①在衬底上生长LED外延片；
②对衬底减薄和粗化，并局部刻蚀形成第一台阶，对LED外延片表面进行粗化；
③在所述第一台阶和所述LED外延片表面分别制备n电极和p电极；
④在p电极上沉积保护层，使所述保护层与所述p电极形成第二台阶；
⑤在所述n电极与所述第二台阶处与导电导热基板固定。
本发明的发光二极管，具有双面导热、多面出光的效果，实现了LED光源由面光源到点光源的进步，具有功率大、导热快、出光效率高、出光角度大等特点，并且不存在眩光效应。
本发明的发光二极管的制备方法，工艺流程简单、成本低廉，适合用于工业化生产。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明的发光二极管的结构示意图；
图2是本发明的实施例的发光二极管的制备方法的流程图。
具体实施方式
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的详细说明。
图1是本发明的发光二极管的结构示意图。如图1所示，本发明的发光二极管包括衬底1和在衬底1上生长的LED外延片2，LED外延片靠近衬底1一侧为n型层，LED外延片远离衬底1的一侧为p型层。衬底1与LED外延片2之间形成第一台阶，该第一台阶处设有n电极3，所述n电极3外面设有第一导电导热基板6，LED外延片2的p型层表面依次设有p电极4和保护层5，该p电极4和保护层5之间形成第二台阶，在该第二台阶处设有第二导电导热基板7。
本发明的发光二极管中，例如，衬底1是蓝宝石、碳化硅或硅衬底，LED外延片2是GaN基LED外延片，n电极3是镍铝电极，p电极4是镍金电极，保护层5为二氧化硅或氮化硅，第一导电导热基板6和第二导电导热基板7为铜金属基板。
如图1所示，为了在出光和导热之间达到平衡，使本发明的发光二极管既具有较高的散热效率，同时达到出光角度大、多面出光的效果，所述第一台阶与所述第二台阶的长度为LED外延片2长度的30％～40％。这样，不仅第一导电导热基板6与第二导电导热基板7能够很好地将本发明的发光二极管在工作时产生的热量及时地散发出去，而且本发明的发光二极管发出的光能够从LED外延片的上下表面同时射出，达到多面出光的效果，实现LED光源由面光源向点光源的进步。
本发明的发光二极管中，将第一台阶与第二台阶设置在LED外延片的同一侧(图1中左侧或右侧)，亦即将第一导电导热基板6与第二导电导热基板7设在LED外延片2的同一侧，将其作为本发明的发光二极管的底座部分。同时，由于第一导电导热基板6与第二导电导热基板7不仅起到了散热作用，而且其还具备导电作用，因此，为了避免二者之间的接触，还可以在第一导电导热基板6与第二导电导热基板7之间填充不具备导电性能的绝缘层8。作为绝缘层8，只要是绝缘材料均可，如不具备导电性能的树脂聚合物等。
本发明的发光二极管的制备方法包括以下步骤：
①在衬底上生长LED外延片；
②对衬底减薄和粗化，并局部刻蚀形成第一台阶，对LED外延片表面进行粗化；
③在所述第一台阶和所述LED外延片表面分别制备n电极和p电极；
④在p电极上沉积保护层，使所述保护层与所述p电极形成第二台阶；
⑤在所述n电极与所述第二台阶处与导电导热基板固定。
在步骤①中，LED外延片的生长方法可以采用金属有机化学气相沉积方法(MOCVD)。
在步骤②中，可采用化学机械研磨方法对衬底减薄，然后利用ICP刻蚀方法对衬底粗化，接着用传统的光刻或ICP刻蚀方法进行局部蚀刻形成第一台阶，对LED外延片表面的粗化也采用ICP刻蚀方法，其中，ICP刻蚀的功率为1600～2000W，工作气体为氩气与氯气的混合气体，混合气体中，二者的体积比为氩气∶氯气＝2～6∶1。
在步骤③中，n电极和p电极的制备采用电子束蒸发方法。
在步骤⑤中，第一导电导热基板和第二导电导热基板的固定采用传统的固晶工艺。
图2是本发明的实施例的发光二极管的制备方法的流程图。如图2所示，本发明的发光二极管的制备方法可详细描述为：
S1：在蓝宝石(Al2O3)衬底上生长GaN基LED外延片(图2a)；
S2：减薄蓝宝石衬底(图2b)；
S3：粗化蓝宝石衬底(图2c)；
S4：局部刻蚀蓝宝石衬底形成第一台阶(图2d)；
S5：粗化GaN基LED外延片表面(图2e)；
S6：在GaN基地LED外延片表面制备镍金电极作为p电极(图2f)；
S7：在第一台阶处制备镍铝电极作为n电极(图2g)；
S8：在p电极上面沉积保护层(图2h)；
S9：在n电极表面和第二台阶表面分别固定第一导电导热基板与第二导电导热基板，并且当第一导电导热基板与第二导电导热基板位于GaN基LED外延片的同一侧时，还在二者之填充有绝缘层(图2i)。
以上所述仅为本发明的具有代表性的实施例，不以任何方式限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发光二极管，包括衬底和所述衬底上生长的LED外延片，其特征在于，所述LED外延片与所述衬底之间形成第一台阶，所述第一台阶处依次设有n电极和第一导电导热基板，所述LED外延片表面依次设有p电极和保护层，所述p电极和所述保护层形成第二台阶，所述第二台阶处设有第二导电导热基板。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一台阶和所述第二台阶的长度为所述LED外延片长度的30％～40％。
3.根据权利要求1或2所述的发光二极管，其特征在于，所述第一台阶与所述第二台阶位于所述LED外延片的同侧。
4.根据权利要求3所述的发光二极管，其特征在于，所述第一导电导热基板与所述第二导电导热基板之间设有绝缘层。
5.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述LED外延片为GaN基LED外延片。
6.根据权利要求5所述的发光二极管，其特征在于，所述n电极为镍铝电极。
7.根据权利要求5或6所述的发光二极管，其特征在于，所述p电极为镍金电极。
8.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述保护层为二氧化硅或氮化硅。
9.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述衬底为蓝宝石、碳化硅或硅。
10.一种发光二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
①在衬底上生长LED外延片；
②对衬底减薄和粗化，并局部刻蚀形成第一台阶，对LED外延片表面进行粗化；
③在所述第一台阶和所述LED外延片表面分别制备n电极和p电极；
④在p电极上沉积保护层，使所述保护层与所述p电极形成第二台阶；
⑤在所述n电极与所述第二台阶处与导电导热基板固定。
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