CN103700749A - 一种发光二极管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种发光二极管及其制作方法。所述发光二极管的制作方法，先在衬底一表面制备发光结构层，所述发光结构层至少包括N型半导体层、量子阱层、P型半导体层；然后在N型半导体层上制备N电极，在P型半导体层上依次制备透明导电层和P电极，接着在所述透明导电层上制备第一反射镜层，在衬底另一表面制备第二反射镜层。 本发明采用的双向反射镜技术，使发光结构层发出的光有效地激发位于第一反射镜层表面的荧光粉，继而通过第一反射镜层对荧光粉受激发后所产生的光高效反射，提高发光结构层发出的光和荧光粉受激发后所产生的光的复合几率，从而提高整个芯片的亮度。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管及其制作方法，特别是涉及一种具有双向反射镜的发光二极管及其制作方法。
背景技术
发光二极管（LED）具有绿色环保、寿命超长、高效节能、抗恶劣环境、结构简单、体积小、重量轻、响应快、工作电压低及安全性好的特点，因此被誉为继白炽灯、日光灯和节能灯之后的第四代照明电源。20世纪90年代中期，日本日亚化学公司经过不懈努力，突破了制造蓝光发光二极管的关键技术，并由此开发出以荧光粉覆盖蓝光LED产生白光光源的技术。但是半导体照明仍有许多问题需要解决，其中最核心的就是发光效率和生产成本。
如图1显示的是传统的发光二极管的结构。在衬底1A上依次生长N型半导体层21A、量子阱层22A、P型半导体层23A；透明导电层3A形成于P型半导体层23A上；P电极4A制作在透明导电层3A上；暴露的N型半导体层21A上设有N电极5A。最终的芯片经过封装等工艺后可以是正装结构、倒装结构、垂直结构等。传统的发光二极管发光效率低下，为了提高发光二极管的亮度，现有技术中已经提出了几种提高LED发光效率的方法，包括：1) 采用诸如倒金字塔等的结构改变芯片的几何外形，减少光在芯片内部的传播路程，降低光的吸收损耗；2)采用诸如谐振腔或光子晶体等结构控制和改变自发辐射；3) 采用表面粗化方法，使光在粗化的半导体和空气界面发生漫反射，增加其投射的机会；4)利用倒转焊技术等技术手段。其中，现有粗化技术大多是仅针对N 型半导体或P 型半导体表面或边侧，以及通过背面蒸镀金属或者复合结构反射镜层来提高芯片的发光效率，但是单纯利用单向反射镜来提高发光效率仍然有限。
因此，如何突破现有技术进一步提高芯片的发光效率仍然是本领域技术人员亟待解决的技术课题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有双向反射镜的发光二极管及其制作方法，用于提高荧光粉的激发效率，改善芯片的整体亮度。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明采用如下技术方案：
一种发光二极管，依次包括衬底、设置在所述衬底一表面的发光结构层，所述发光结构层至少包括N型半导体层、位于N型半导体层上的量子阱层、及位于量子阱层上的P型半导体层，在所述N型半导体层上设有N电极，在P型半导体层上设有透明导电层和P电极，所述发光二极管至少还包括：设置在透明导电层的第一反射镜层，该第一反射镜层对所述发光结构层所发出的光具有高透过率、对荧光粉受激发后所产生的光具有高反射率，其中，所述荧光粉由发光结构层所发出来的光来激发；设置在所述衬底的另一表面上的第二反射镜层，该第二反射镜层对所述发光结构层所发出的光具有高反射率。
优选地，所述第一反射镜层对所述发光结构层所发出的光的透过率大于90%、对所述荧光粉受激发后所产生光的反射率大于90%。
优选地，所述发光结构层所发出的光包括波长范围为420~480nm的可见光，所述荧光粉受激发后所产生的光包括波长范围为500~800nm的可见光。
优选地，所述第一反射镜层包括分布布拉格反射镜。
优选地，所述第二反射镜层对于所述发光结构层所发出的光反射率大于98%。
优选地，所述第二反射镜层包括分布布拉格反射镜或全方位反射镜。
优选地，分布布拉格反射镜或全方位反射镜的厚度为0.3~3μm。
本发明还提供一种发光二极管的制作方法，其至少包括步骤：
1）提供一衬底，在所述衬底的一表面上制备形成发光结构层，所述发光结构层至少包括N型半导体层、位于N型半导体层上的量子阱层、及位于量子阱层上的P型半导体层；
2）通过刻蚀技术在N型半导体层上制备N电极，在P型半导体层上制备透明导电层和P电极；
3）在所述透明导电层上制备第一反射镜层，所述第一反射镜层对所述发光结构层所发出的光具有高透过率、对荧光粉受激发后所产生的光具有高反射率；
4）研磨抛光所述衬底的另一表面，然后在所述衬底另一表面上制备第二反射镜层，所述第二反射镜层对发光结构层所发出的光具有高反射率。
优选地，所述第一反射镜层对所述发光结构层所发出的光的透过率大于90%、对所述荧光粉受激发后所产生的光的反射率大于90%。
优选地，所述发光结构层所发出的光包括波长范围为420~480nm的可见光，所述荧光粉发出受激发后所产生的光包括波长范围为500~800nm的可见光。
优选地，所述第一反射镜层包括分布布拉格反射镜。
优选地，所述第二反射镜层对于所述发光结构层所发出的光反射率大于98%。
优选地，所述第二反射镜层包括分布布拉格反射镜或全方位反射镜。
优选地，所述分布布拉格反射镜或全方位反射镜的厚度为0.3~3μm。
作为本发明的优选方案之一，采用电子束蒸镀、溅射或离子辅助镀膜工艺来制备分布布拉格反射镜或全方位反射镜。
如上所述，本发明的发光二极管及其制作方法，具有以下有益效果：采用双向反射镜技术，在芯片的表面和背面均镀有反射镜。一方面，在芯片表面镀的反射镜（第一反射镜层）能使发光结构层所发出的光，尤其是420~480nm波长范围内的蓝光透过率大于90%，同时能使荧光粉层受激发后所产生的光，尤其是500~800nm波长范围内的黄光反射率大于90%；另一方面在芯片背面镀的反射镜（第二反射镜层）能使发光结构层所发出的光，尤其是420~480nm波长范围内的蓝光反射率高达98%以上。这样，芯片发出的蓝光在背面反射镜的反射下有效地到达芯片表面对荧光粉进行激发，产生黄光。然后通过表面反射镜对黄光的高效反射，减少了黄光入射芯片后的损失，更多的在芯片中与芯片发出的蓝光进行复合产生白光。因此，本发明提供的技术方案，通过双向反射镜来提高荧光粉的激发效率，提高了芯片整体的亮度。
附图说明
图1显示为传统发光二极管的剖面示意图。
图2显示为本发明发光二极管的剖面示意图。
元件标号说明
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图2所示，本发明提供一种发光二极管。该发光二极管包括衬底1、设置在所述衬底1一表面的发光结构层2、设置在透明导电层3的第一反射镜层6、及设置在所述衬底1的另一表面上的第二反射镜层7。
所述衬底1包括任何能用于制备发光二级管的半导体衬底，优选地，包括但不限于：蓝宝石生长衬底、SiC生长衬底、Si生长衬底或图形化生长衬底等。在本实施例，所述衬底1优选为蓝宝石衬底。
所述发光结构层2至少包括N型半导体层21、位于N型半导体层21上的量子阱层22、及位于量子阱层22上的P型半导体层23，在所述N型半导体层21上设有N电极5，在P型半导体层23上设有透明导电层3和P电极4。
优选地，所述透明导电层3的材料为ITO、ATO、FTO或AZO。在本实施例中，所述透明导电层3的材料优选为ITO。
所述第一反射镜层6对所述发光结构层2所发出的光的透过率高于对其他波长的光的透过率、对所述荧光粉发出的光的反射率高于对其他波长的光的反射率。
所述第一反射镜层6可采用任何能对所述发光结构层2所发出的光的透过率高于对其他波长的光的透过率、对所述荧光粉发出的光的反射率高于对其他波长的光的反射率的结构，优选地，其包括分布布拉格反射镜，所述分布布拉格反射镜材料为SiO2/TiO2或SiO2/Ta3O5。在本实施例中，所述分布布拉格反射镜优选为SiO2/TiO2，厚度为0.3~3μm。
进一步地，所述分布布拉格反射镜对于波长范围为420~480nm的可见光透过率大于90%，并对波长范围为500~800nm的可见光反射率大于90%。
所述第二反射镜层7对所述发光结构层2所发出的光的反射率高于对其他波长的光的反射率。
所述第二反射镜层7可采用任何能对所述发光结构层2所发出的光的反射率高于对其他波长的光的反射率的结构，优选地，其包括分布布拉格反射镜或全反射反射镜。在本实施例中，所述第二反射镜层7优选为分布布拉格反射镜。优选地，该分布布拉格反射镜材料为SiO2/TiO2，厚度为0.3~3μm。
进一步地，所述分布布拉格反射镜对于波长范围为420~480nm的可见光反射率大于98%。
本发明还提供一种发光二极管的制作方法，其制作方法包括步骤：
首先进行步骤1：提供衬底1，在所述衬底1一表面上制备形成发光结构层2。其中所
述发光结构层至少包括N型半导体层21、位于N型半导体层21上的量子阱层22、及位于量子阱层22上的P型半导体层23。
所述衬底1可选用蓝宝石生长衬底、SiC生长衬底、Si生长衬底或图形化生长衬底。在本实施例，所述衬底1为蓝宝石衬底。
制备所述发光结构层2时，可采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）、分子束外延（MBE）、溅射法、蒸发法等方法。本实施例中，采用金属有机化学气相沉积工艺在蓝宝石衬底生长发光结构层2。优选地，所述N型半导体层21为N-GaN层，所述P型半导体层23为P-GaN层。
接着进行步骤2：通过刻蚀技术在N型半导体层21上制备N电极5，在P型半导体层
23上制备透明导电层3和P电极4。
制备所述透明导电层3，可采用溅射法、蒸发法等方法。本实施例中，采用溅射法在所述P型半导体层23表面制备透明导电层3。所述透明导电层3为ITO、ATO、FTO或AZO，优选为ITO。本实施例中，N电极5和P电极4的制备是利用光刻及刻蚀技术对N-GaN层进行局部刻蚀，以使N-GaN层局部露出，然后在露出的N-GaN层上形成N电极5，在透明导电层3上形成P电极4。
随后进行步骤3：在所述透明导电层3上制备第一反射镜层6，所述第一反射镜层6对所述发光结构层2所发出的光的透过率具有高透过率、对荧光粉发出的光具有高反射率，其中，所述荧光粉由发光结构层所发出来的光来激发。
所述第一反射镜层6包括分布布拉格反射镜，所述分布布拉格反射镜材料为SiO2/TiO2或SiO2/Ta3O5。在本实施例中，所述分布布拉格反射镜优选为SiO2/TiO2，厚度为0.3~3μm。
优选地，所述分布布拉格反射镜对于波长范围为420~480nm的可见光透过率大于90%，并对波长范围为500~800nm的可见光反射率大于90%。
最后进行步骤4：研磨抛光所述衬底的另一表面，然后在所述衬底1的另一表面制备第二反射镜层7，所述第二反射镜层7对发光结构层2所发出的光的反射率具有高反射率。
所述第二反射镜层7包括分布布拉格反射镜，所述分布布拉格反射镜材料为SiO2/TiO2或SiO2/Ta3O5。在本实施例中，所述分布布拉格反射镜优选为SiO2/TiO2，厚度为0.3~3μm。
优选地，所述分布布拉格反射镜对于波长范围为420~480nm的可见光反射率大于98%。
优选地，采用电子束蒸镀、溅射或离子辅助镀膜工艺来制备分布布拉格反射镜。本实施例中，采用的是电子束蒸镀的方法。
综上所述，本发明采用双向反射镜技术，在芯片的表面和背面均镀有反射镜。一方面，在芯片表面镀的第一反射镜层能使420~480nm波长范围内的蓝光透过率大于90%，同时使500~800nm波长范围内的黄光反射率大于90%；另一方面在芯片背面镀的第二反射镜层使420~480nm波长范围内的蓝光反射率高达98%以上。这样，芯片发出的蓝光在背面反射镜的反射下有效地到达芯片表面对荧光粉进行激发，产生黄光。然后通过表面反射镜对黄光的高效反射，减少了黄光入射芯片后的损失，更多的在芯片中与芯片发出的蓝光进行复合产生白光。因此，本发明提供的技术方案，通过双向反射镜来提高荧光粉的激发效率，提高了芯片整体的亮度。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (17)
1.一种发光二极管，依次包括衬底、及设置在所述衬底一表面的发光结构层，所述发光结构层至少包括N型半导体层、位于N型半导体层上的量子阱层、及位于量子阱层上的P型半导体层，在所述N型半导体层上设有N电极，在P型半导体层上依次设有透明导电层和P电极，其特征在于：所述发光二极管至少还包括：
设置在所述透明导电层表面的第一反射镜层，该第一反射镜层对所述发光结构层所发出的光具有高透过率、对荧光粉受激发后所产生的光具有高反射率，其中，所述荧光粉由发光结构层所发出来的光来激发；
设置在所述衬底另一表面上的第二反射镜层，该第二反射镜层对所述发光结构层所发出的光具有高反射率。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第一反射镜层对所述发光结构层所发出的光的透过率大于90%、对所述荧光粉受激发后所产生的光的反射率大于90%。
3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述发光结构层所发出的光包括波长范围为420~480nm的可见光，所述荧光粉受激发后所产生的发出的光包括波长范围为500~800nm的可见光。
4.根据权利要求1至3任一项所述的发光二极管，其特征在于：所述第一反射镜层包括分布布拉格反射镜。
5.根据权利要求1至3任一项所述的发光二极管，其特征在于：所述第二反射镜层对所述发光结构层所发出的光的反射率大于98%。
6.根据权利要求5所述的发光二极管，其特征在于：所述第二反射镜层包括分布布拉格反射镜或全方位反射镜。
7.根据权利要求6所述的发光二极管，其特征在于：分布布拉格反射镜或全方位反射镜的厚度为0.3~3μm。
8.根据权利要求4所述的发光二极管，其特征在于：分布布拉格反射镜的厚度为0.3~3μm。
9.一种发光二极管的制作方法，其特征在于，所述制作方法至少包括步骤：
a)提供一衬底，在所述衬底一表面上制备形成发光结构层，所述发光结构层至少包括N型半导体层、位于N型半导体层上的量子阱层、及位于量子阱层上的P型半导体层；
b)通过刻蚀技术在N型半导体层上制备N电极，在P型半导体层上制备透明导电层和P电极；
c)在所述透明导电层上制备第一反射镜层，所述第一反射镜层对所述发光结构层所发出的光具有高透过率、对荧光粉受激发所发出的光具有高反射率，其中，所述荧光粉由发光结构层所发出来的光来激发；
d)研磨抛光所述衬底的另一表面，然后在所述衬底的另一表面上制备第二反射镜层，所述第二反射镜层对发光结构层所发出的光具有高反射率。
10.根据权利要求9所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述第一反射镜层对所述发光结构层所发出的光的透过率大于90%、对所述荧光粉层激发后所产生的的光的反射率大于90%。
11.根据权利要求9所述的发光二极管，其特征在于：所述发光结构层所发出的光包括波长范围为420~480nm的可见光，所述荧光粉受激发后所产生的光包括波长范围为500~800nm的可见光。
12.根据权利要求9至11任一项所述的发光二极管，其特征在于：所述第一反射镜层包括分布布拉格反射镜。
13.根据权利要求9至11任一项所述的发光二极管，其特征在于：所述第二反射镜层对所述发光结构层所发出的光的反射率大于98%。
14.根据权利要求13所述的发光二极管，其特征在于：所述第二反射镜层包括分布布拉格反射镜或全方位反射镜。
15.根据权利要求14所述的发光二极管，其特征在于：分布布拉格反射镜或全方位反射镜的厚度为0.3~3μm。
16.根据权利要求12所述的发光二极管，其特征在于：分布布拉格反射镜的厚度为0.3~3μm。
17.根据权利要求14所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：采用电子束蒸镀、溅射或离子辅助镀膜来制备分布布拉格反射镜或全方位反射镜。
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