CN103531686A - 发光元件及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发光元件技术领域，具体公开了一种发光元件及其制作方法，该发光元件包括：基板；第一导电型半导体层，位于所述基板上；发光层，位于所述第一导电型半导体层的正面；第二导电型半导体层，位于所述发光层的正面；正电极，位于所述第二导电型半导体层的正面；以及负电极，至少部分位于所述第一导电型半导体层的侧面。本发明实施例提供的发光二极管及其制作方法，通过把负电极形成于发光元件的侧面上，有效减少了传统发光元件的遮光面积，并且提高了电流散布效率；同时由于形成于侧面的负电极所需蚀刻掉的发光层较少，从而增加了发光区域，改善了发光元件的发光品质。

Description

发光元件及其制作方法
技术领域
本发明涉及发光元件技术领域，具体涉及一种发光元件及其制作方法。
背景技术
图1为现有技术中氮化镓（GaN）发光二极管（Light EmittingDiode，LED）的结构示意图。如图1所示，该发光二极管包括依次形成于基板10上的n型氮化镓层20、发光层30、p型氮化镓层40以及氧化铟锡（ITO）层90，其中n型氮化镓层20和p型氮化镓层40被蚀刻掉一部分而暴露了部分n型氮化镓层20，在该暴露的n型氮化镓层20上形成有负电极82，在p型氮化镓层40以及ITO层90上形成有正电极81，并在正电极81、ITO层90、n型氮化镓层20以及负电极82上形成有保护层61。
由于蓝宝石（Sapphire）制作的基板10不导电，故电极必须设置在发光二极管的正面，即正电极81形成于p型氮化镓层40的正面，负电极82形成于n型氮化镓20的正面。这种结构中，无论发光二极管如何放置，其电流方向都是垂直的。但是在制作负电极82时，必须将发光二极管由p型氮化镓层40的表面蚀刻至n型氮化镓层20，且蚀刻的沟槽必须足够宽，才能通过打线的方式在n型氮化镓层20的表面形成负电极82。这样，原本由发光层30所在的区域构成的发光区域就被蚀刻掉了一部分，从而影响了发光效果；另一方面由于蓝宝石制作的基板10的导热性较差，因此LED发光时所产生的热量难以及时散出，从而会降低LED的性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何减少发光元件的遮光面积，并提高电流散布效率，增加发光元件的发光区域。
第一方面，本发明实施例提供了一种发光元件，包括：
基板；
第一导电型半导体层，位于所述基板上；
发光层，位于所述第一导电型半导体层的正面；
第二导电型半导体层，位于所述发光层的正面；
正电极，位于所述第二导电型半导体层的正面；以及
负电极，至少部分位于所述第一导电型半导体层的侧面。
结合第一方面，在第一种可能的实施方式中，所述负电极至少还部分位于所述第一导电型半导体层的正面。
结合第一方面，在第二种可能的实施方式中，所述负电极至少还部分位于所述发光层的侧面、所述第二导电型半导体层的侧面以及所述第二导电型半导体层的正面。
结合第一方面或第一方面的第一种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式中，所述第一导电型半导体层的形成有所述负电极的侧面为倾斜面。
结合第一方面或第一方面的第一或第二种可能的实施方式，在第四种可能的实施方式中，所述负电极至少部分位于所述第一导电型半导体层的一个侧面、两个侧面、三个侧面或者四个侧面上。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，在第五种可能的实施方式中，所述负电极至少部分位于所述第一导电型半导体层的一个侧面、两个侧面、三个侧面或者四个侧面上。
结合第一方面，在第六种可能的实施方式中，还包括保护层，所述保护层位于所述正电极与所述负电极之间，并从所述第二导电型半导体层延伸至所述第一导电型半导体层。
第二方面，本发明实施例提供了一种发光元件制作方法，包括：
在基板上形成第一导电型半导体层；
在所述第一导电型半导体层的正面形成发光层；
在所述发光层的正面形成第二导电型半导体层；
形成第一沟槽，所述第一沟槽从所述第二导电型半导体层延伸至所述第一导电型半导体层；
在所述第二导电型半导体层的正面以及所述第一沟槽的底面和周面上形成反射层；
在所述反射层上形成电极层；以及
分离步骤：去除掉部分所述反射层和所述电极层，使得所述电极层分离成位于所述第二导电型半导体层的正面的正电极和至少部分位于所述第一导电型半导体层的侧面的负电极。
结合第二方面，在第一种可能的实施方式中，所述第一沟槽位于所述发光元件的一个侧面、两个侧面、三个侧面或四个侧面上。
结合第二方面，在第二种可能的实施方式中，所述分离步骤包括：
去除掉部分所述反射层和所述电极层，使得所述电极层分离成位于所述第二导电型半导体层的正面的正电极和至少部分位于所述第一导电型半导体层的侧面和正面的负电极。
结合第二方面，在第三种可能的实施方式中，所述分离步骤包括：
去除掉部分所述反射层和所述电极层，使得所述电极层分离成位于所述第二导电型半导体层的正面的正电极和至少部分位于所述第一导电型半导体层的侧面、所述发光层的侧面、所述第二导电型半导体层的侧面和正面的负电极。
结合第二方面，在第四种可能的实施方式中，还包括：
形成从所述第二导电型半导体层延伸至所述第一导电型半导体层的第二沟槽，并在所述第二沟槽中形成保护层。
本发明实施例提供的发光元件及其制作方法，通过把负电极形成于发光元件的侧面上，有效减少了传统发光元件的遮光面积，并且提高了电流散布效率；同时由于形成于侧面的负电极所需蚀刻掉的发光层较少，从而增加了发光区域，改善了发光元件的发光品质；另一方面由于发光层散发的热量离印刷电路板（PrintedCircuitBoard，PCB）较近，因此可以导热效果更好；进一步地由于采用本发明提供的方法制作的发光元件可以采用覆晶技术通过粘接或焊接的方式连接到PCB板上，因此降低了导线连接成本。
附图说明
图1是现有技术中氮化镓发光二极管的结构示意图；
图2是本发明一个实施例提供的发光元件制作方法的流程图；
图3（a）-图3（d）分别是本发明一个实施例提供的发光元件制作方法的各工艺过程中发光元件的剖面图；
图3（e）是与图3（d）所对应的立体图；
图4是本发明另一个实施例提供的发光元件制作方法中发光元件的剖面图；
图5是图4所示的发光元件与PCB板连接的示意图；
图6（a）-图6（e）分别是本发明又一个实施例提供的发光元件制作方法的各工艺过程中发光元件的剖面图；
图7（a）-图7（b）分别是与图6（e）所示的发光元件连接的PCB的结构示意图以及封装后的结构示意图；
图8是本发明一个实施例提供的具有倾斜负电极的发光元件的剖面图；
图9是本发明另一个实施例提供的具有倾斜负电极的发光元件的剖面图；
图10（a）和图10（b）分别是本发明一个实施例提供的具有三面负电极的发光元件的立体图和剖面图；
图11是本发明一个实施例提供的具有双面负电极的发光元件的立体图；
图12是本发明另一个实施例提供的具有双面负电极的发光元件的立体图；
图13是本发明一个实施例提供的具有单面负电极的发光元件的立体图；以及
图14（a）-图14（c）分别是本发明一个实施例提供的具有若干正电极的发光元件的立体图、剖面图和俯视图；
图15是本发明另一个实施例提供的具有若干个正电极的发光元件的俯视图；
图16是本发明一个实施例提供的封装之后的发光元件的结构示意图；
图17（a）-图17（b）分别是本发明一个实施例提供的高压LED的剖面图和俯视图。
附图标记说明：
10：基板；20：n型氮化镓层；30：发光层；40：p型氮化镓层；50：第一沟槽；60：第二沟槽；61：保护层；70：反射层；80：电极层；81：正电极；82：负电极；90：ITO层；91：PCB；92：导热绝缘层；93：凹槽。
具体实施方式
图3（d）是本发明一个实施例提供的发光元件的结构示意图，该发光元件包括：基板10，依次形成于基板10上的第一导电型半导体层20、发光层30以及第二导电型半导体层40，还包括正电极81和负电极82，其中正电极81形成于第二导电型半导体层40的正面，负电极82至少部分形成于第一导电型半导体层20的侧面。
优选地，本实施例中的第一导电型半导体层20采用n型氮化镓制作，第二导电型半导体层40采用p型氮化镓层制作。
本实施例中，将p型氮化镓层40远离发光层30的一面称之为正面，将接触发光层30的一面称之为背面，将剩下的四个面称之为侧面。将n型氮化镓层20接触发光层30的一面称之为正面，将接触基板10的一面称之为背面，将剩下的四个面称之为侧面。将发光层30接触p型氮化镓层40的一面称之为正面，接触n型氮化镓层20的一面称之为背面，将发光层30不与n型氮化镓层20和p型氮化镓层40接触的四个面称之为侧面。
本实施例中，优选地，负电极82仅形成于n型氮化镓层20的侧面，方向为垂直于n型氮化镓层20所在的横向平面；于其它实施例中，负电极82也可以根据实际需要形成于n型氮化镓层20的侧面和正面（其结构如图4所示）；还可以形成于n型氮化镓层20的侧面、发光层30的侧面、p型氮化镓层40的侧面以及p型氮化镓层40的正面（其结构如图6（e）所示），只要有一部分位于n型氮化镓层20的侧面即可。而且，负电极82还可以倾斜形成于n型氮化镓层20的侧面（其结构如图8所示），这种情况下，n型氮化镓层20形成有负电极82的侧面也为相应的倾斜面；还可以倾斜形成于n型氮化镓层20的侧面和正面（其结构如图9所示）。当负电极82倾斜形成时，这种结构更有利于后续封装工艺的进行。
此外，本实施例的负电极82可以形成于n型氮化镓层20的四个侧面上（其结构如图3（e）所示）；也可以根据实际需要形成于n型氮化镓层20的三个侧面上（其结构如图10（a）和图10（b）所示）；还可以形成于n型氮化镓层20的两个侧面上，相对的两个侧面（其结构如图11所示）或者相邻的两个侧面（其结构如图12所示）皆可；还可以只形成于n型氮化镓层20的一个侧面上（其结构如图13所示）。上述方案中，形成于n型氮化镓层20的四个侧面上的负电极82所构成的发光元件的电流散布效率最好。
进一步地，本实施例提供的发光元件还可以包括保护层61，保护层61形成于正电极81和负电极82之间并从p型氮化镓层40延伸至n型氮化镓层20（其结构如图6（e）所示）。
此外，为了提高电流散布效率，以及对于发光元件太大的情况，仅靠侧面的负电极82导电可能会导致电流不会流到发光元件的中间部分，从而降低中间部分的发光效率，因此可以将保护层61做成田字格状或多个条状，以将正电极81分隔成若干个方形（其结构如图14（a）-图14（c）所示）或三角形（其结构如图15所示）或其它形状的电极，将若干个正电极81与负电极82连接在一起。或者将负电极82做成螺旋状等能够离发光元件中间部分的正电极81较近的形状和长度。
图2是本发明一个实施例提供的发光元件制作方法的流程图，并结合图3（a）-图3（d）所示，该方法包括：
步骤S10、在基板10上依次形成第一导电型半导体层20、发光层30以及第二导电型半导体层40。
本实施例中，基板10具体为蓝宝石基板。第一导电型半导体层20的材料可以为n型氮化镓，也可以为n型磷化铝铟镓（AlGaInP），第二导电型半导体层20的材料可以为p型氮化镓，也可以为p型磷化铝铟镓，优选地，本申请各实施例中的第一导电型半导体层20和第二导电型半导体层40分别采用n型氮化镓和p型氮化镓制作。
步骤S20、在步骤S10得到的如图3（a）所示的发光元件上形成至少一个第一沟槽50，该第一沟槽50从p型氮化镓层40延伸至n型氮化镓层20。
本步骤中第一沟槽50的数量、宽度与形状均无特殊限定。第一沟槽50可以形成于发光元件的四个侧面上，呈圈状；第一沟槽50还可以形成于发光元件的两个侧面、三个侧面或一个侧面上。
步骤S30、在步骤S20得到的如图3（b）所示的发光元件上依次形成反射层70和电极层80。
具体地，在p型氮化镓40的正面以及第一沟槽50的底面和周面形成反射层70；该反射层70的材料可以为导电性能较好的金属或半导体，在形成反射层70时，为了增加表面的接触面积可以采用现有技术中的阶梯覆盖（Step Coverage）工艺；电极层80的材料为金或其它导电金属，电极层80需完全覆盖反射层70，如图3（c）所示；本步骤可以采用镀膜工艺来实现。
步骤S40、去除掉部分反射层70和电极层80，使得电极层80分离成位于p型氮化镓层40正面的正电极81和位于n型氮化镓层20侧面的负电极82。
本步骤可以采用蚀刻或者剥离的工艺来实现。正电极81的大小根据封装方式的不同而不同。若采用覆晶技术封装时正电极81的面积越大越好（如图10（a）、图10（b）所示），若采用传统的打线封装方式则正电极81的面积需要尽量小（如图3（e）所示），只要能够打上连接线即可，以减少遮光面积。此外，负电极82可以全部位于n型氮化镓层20的侧面，也可以部分位于n型氮化镓层20的侧面，例如：负电极位于n型氮化镓层20的侧面、发光层30的侧面、p型氮化镓层40的侧面以及p型氮化镓层40的正面。
此外，为了保护因蚀刻沟槽而暴露的发光层，于步骤S20之前或步骤S40之后，还包括步骤：
步骤S20’，在上一步骤得到的发光元件上形成至少一个第二沟槽60，第二沟槽60从p型氮化镓层40延伸至n型氮化镓层20，在第二沟槽60中形成保护层61。
该保护层61的材料必须绝缘且导电性差，结构稳定且不易与其它材料起化学反应，优选地，本步骤中保护层61的材料为二氧化硅（SiO2）。
优选地，为了节省成本，可以根据实际需要将若干个发光元件封装到一块PCB板91上，其结构如图16所示，这种封装方式比传统打线方式更为简单，具有单面负电极的发光元件、具有双面负电极的发光元件均可以采用这种方式来封装。
此外还可以串联几个发光元件制成高压LED（HVLED）。这种情况下，第一沟槽50需要蚀刻至基板10，利用基板10的不导电性将各个负电极82隔开。但是电极层82仍镀至n型氮化镓层20，即负电极82仍然形成于n型氮化镓层20的侧面。并作第一沟槽50中没有电极层80的部分镀上保护层61，然后将各个正电极81以及负电极82分别串联即可（其结构如图17（a）-图17（b）所示）。
此外还可以于本实施例的发光元件上覆盖上荧光粉以制成白光LED。
下面以具体的实施例来对发光元件制作方法进行说明。
图3（a）-图3（d）为本发明另一个实施例提供的发光元件制作方法的各工艺过程中发光元件的剖面图，本方法形成的发光元件，正电极81位于p型氮化镓层40的正面，负电极82位于n型氮化镓层20的侧面；该方法包括以下步骤：
步骤S101、在基板10上依次形成n型氮化镓层20、发光层30和p型氮化镓层40。
本步骤中的基板10具体为蓝宝石基板；该步骤得到的发光元件结构如图3（a）所示。
步骤S102、在步骤S101得到的发光元件上沿着该发光元件的外侧形成第一沟槽50。
结合图3（b）所示，第一沟槽50也从p型氮化镓层40向下延伸至n型氮化镓层20；第一沟槽50位于发光元件的四个侧面上，呈圈状。
步骤S103、在步骤S102得到的发光元件上依次形成反射层70和电极层80。
结合图3（c）所示，本步骤中的反射层70和电极层80位于p型氮化镓层40的正面以及第一沟槽50的底面和周面上，且电极层80完全覆盖反射层70。
步骤S104、去除掉部分反射层70和电极层80，以将电极层80分离为正电极81和负电极82。
结合图3（d）以及图3（e）所示，具体地，将第一沟槽50中的反射层70和电极层80蚀刻或剥离掉。进一步地，由于本实施例采用打线封装工艺，因此将p型氮化镓层40正面的大部分反射层70和电极层80都去除掉，仅留下位于p型氮化镓层40正面中央较小面积的一部分电极层80作为正电极81即可。
图4为本发明另一个实施例提供的发光元件制作方法中的发光元件的剖面图，本方法形成的发光元件，正电极81位于p型氮化镓40的正面，负电极82位于n型氮化镓层20的侧面；该方法包括以下步骤：
步骤S201-S203、与步骤S101-S103相同；可参考图3（a）-图3（c）所示。
步骤S204、去除掉部分反射层70和电极层80，以将电极层80分离为正电极81和负电极82。
结合图4所示，本步骤与步骤S104的区别在于：保留第一沟槽50底部的部分电极层，使得位于n型氮化镓层20正面和侧面的电极层80构成负电极82；此外，本实施例的发光元件采用覆晶技术来封装，因此形成于p型氮化镓层40的正面的正电极81的面积可以尽量大。
在后续采用覆晶技术的封装工艺中，如图5所示，将步骤S204得到的发光元件倒置，按照图5所示箭头方向将正电极81焊接或粘接或烧结在印刷电路板（PCB）91上的凹槽93内，将负电极82焊接或粘接在PCB 91的上表面上即可。本实施例中的PCB 91具体为双层金属印刷电路板（MCPCB），两层金属之间具有导热绝缘层92。这种情况下，可以将PCB 91的两层金属分别作为正极和负极。
图6（a）-图6（e）分别是本发明又一个实施例提供的发光元件制作方法的各工艺过程中发光元件的剖面图；采用该方法制作的发光元件，负电极82形成于p型氮化镓层40的正面和侧面、发光层30的侧面以及n型氮化镓层20的侧面。该方法包括：
步骤S301、与步骤S101相同；可参考图3（a）所示。
步骤S302、在上一步骤得到的发光元件上形成第二沟槽60，并在第二沟槽60中形成保护层61。
结合图6（a）所示，本实施例中，第二沟槽60从p型氮化镓层40向下延伸至n型氮化镓层20，第二沟槽60位于发光元件的四个侧面上并呈圈状；保护层61的材料优选为SiO2，用于对发光层30进行隔离，避免发光层30在后续制作工艺中受到污染。
步骤S303、在步骤S202得到的发光元件上形成第一沟槽50。
结合图6（b）所示，第一沟槽50位于第二沟槽60的外侧，第一沟槽50可以与第二沟槽60深度相同也可以比第二沟槽60深（图6（b）中示出了第一沟槽50比第二沟槽60深的情况）；第一沟槽50也从p型氮化镓层40向下延伸至n型氮化镓层20；第一沟槽50可以与第二沟槽60相邻形成，也可以与第二沟槽50相隔一定的距离形成，无论第一沟槽50与第二沟槽60是否相邻，对所形成的负电极82的功能都没有影响；本实施例中，第一沟槽50也呈圈状。
步骤S304、在上一步骤得到的发光元件上依次形成反射层70和电极层80。
具体地，结合图6（c）所示，该反射层70和电极层80形成于p型氮化镓层40的正面、保护层61的正面以及第一沟槽50的底面和周面。
步骤S305、去除部分反射层70和电极层80，以将电极层80分离成正电极81和负电极82。
具体地，结合图6（d）所示，将保护层61正面对应的反射层70和电极层80蚀刻或剥离掉。
步骤S306、沿第一沟槽50所在的圈将上一步骤得到的发光元件切开，以形成位于p型氮化镓层40的正面的正电极81和位于p型氮化镓层40的正面和侧面、发光层30的侧面和n型氮化镓层20的侧面的负电极82，其结构如图6（e）所示。
图7（a）示出了另一PCB 91的结构示意图，图7（b）示出了图6（e）的发光元件与PCB 91封装后的结构示意图。
本发明实施例提供的发光元件及其制作方法，通过把负电极形成于发光元件的侧面上，有效减少了传统发光元件的遮光面积，并且提高了电流散布效率；同时由于形成于侧面的负电极所需蚀刻掉的发光层较少，从而增加了发光区域，改善了发光元件的发光品质；另一方面由于发光层散发的热量离PCB板较近，因此导热效果可以更好；进一步地由于采用本发明提供的方法制作的发光元件可以采用覆晶技术通过粘接或焊接的方式连接到PCB板上，因此降低了导线连接成本。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种发光元件，其特征在于，包括：
基板；
第一导电型半导体层，位于所述基板上；
发光层，位于所述第一导电型半导体层的正面；
第二导电型半导体层，位于所述发光层的正面；
正电极，位于所述第二导电型半导体层的正面；以及
负电极，至少部分位于所述第一导电型半导体层的侧面。
2.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述负电极至少还部分位于所述第一导电型半导体层的正面。
3.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述负电极至少还部分位于所述发光层的侧面、所述第二导电型半导体层的侧面以及所述第二导电型半导体层的正面。
4.根据权利要求1或2所述的发光元件，其特征在于，所述第一导电型半导体层的形成有所述负电极的侧面为倾斜面。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的发光元件，其特征在于，所述负电极至少部分位于所述第一导电型半导体层的一个侧面、两个侧面、三个侧面或者四个侧面上。
6.根据权利要求4所述的发光元件，其特征在于，所述负电极至少部分位于所述第一导电型半导体层的一个侧面、两个侧面、三个侧面或者四个侧面上。
7.根据权利要求1中任一项所述的发光元件，其特征在于，还包括保护层，所述保护层位于所述正电极与所述负电极之间，并从所述第二导电型半导体层延伸至所述第一导电型半导体层。
8.一种发光元件制作方法，其特征在于，包括：
在基板上形成第一导电型半导体层；
在所述第一导电型半导体层的正面形成发光层；
在所述发光层的正面形成第二导电型半导体层；
形成第一沟槽，所述第一沟槽从所述第二导电型半导体层延伸至所述第一导电型半导体层；
在所述第二导电型半导体层的正面以及所述第一沟槽的底面和周面上形成反射层；
在所述反射层上形成电极层；以及
分离步骤：去除掉部分所述反射层和所述电极层，使得所述电极层分离成位于所述第二导电型半导体层的正面的正电极和至少部分位于所述第一导电型半导体层的侧面的负电极。
9.根据权利要求8所述的发光元件制作方法，其特征在于，所述第一沟槽位于所述发光元件的一个侧面、两个侧面、三个侧面或四个侧面上。
10.根据权利要求8所述的发光元件制作方法，其特征在于，所述分离步骤包括：
去除掉部分所述反射层和所述电极层，使得所述电极层分离成位于所述第二导电型半导体层的正面的正电极和至少部分位于所述第一导电型半导体层的侧面和正面的负电极。
11.根据权利要求8所述的发光元件制作方法，其特征在于，所述分离步骤包括：
去除掉部分所述反射层和所述电极层，使得所述电极层分离成位于所述第二导电型半导体层的正面的正电极和至少部分位于所述第一导电型半导体层的侧面、所述发光层的侧面、所述第二导电型半导体层的侧面和正面的负电极。
12.根据权利要求8所述的发光元件制作方法，其特征在于，还包括：
形成从所述第二导电型半导体层延伸至所述第一导电型半导体层的第二沟槽，并在所述第二沟槽中形成保护层。
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