CN103794703B - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管，其包括基板、形成在该基板上的半导体层、形成在该半导体层上的透明导电层、包覆在透明导电层外层的透明保护层以及荧光粉层。所述透明保护层上沿朝向基板方向蚀刻形成有多个均匀间隔的孔洞，从而暴露出所述透明导电层。所述荧光粉层覆盖在该透明保护层上，并且不遮盖所述孔洞。半导体层通过孔洞直接射出的第一波长的光和激发荧光粉层产生的第二波长的光混合形成白光。本发明还提供一种发光二极管的制造方法。

Description

发光二极管及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种发光二极管及其制造方法，特别涉及一种白光发光二极管及其制造方法。
背景技术
现如今，发光二极管已经被广泛应用到很多领域，如何能得到性能更优越的发光二极管已经成为人们的研究方向。
目前，白光发光二极管的发光方式一般包括两种，一种是利用蓝色发光二极管芯片激发黄色荧光粉来形成白光；另一种是利用蓝色发光二极管芯片激发红绿荧光粉来形成白光。在上述白光发光二极管中，荧光粉层是完全覆盖在发光二极管芯片的出光表面。但是，由于荧光粉层完全覆盖发光二极管芯片，其会吸收以及反射发光二极管芯片发出的部分光线，从而造成白光发光二极管出光效率低、亮度低。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种可提升出光效率以及亮度的发光二极管及其制造方法。
一种发光二极管，其包括基板、形成在该基板上的半导体层、形成在该半导体层上的透明导电层、包覆在透明导电层外层的透明保护层以及荧光粉层。所述透明保护层上沿朝向基板方向蚀刻形成有多个均匀间隔的孔洞，从而暴露出所述透明导电层。所述荧光粉层覆盖在该透明保护层上，并且不遮盖所述孔洞。半导体层通过孔洞直接射出的第一波长的光和激发荧光粉层产生的第二波长的光混合形成白光。
一种发光二极管的制造方法，其包括以下几个步骤：
提供一基板；
在基板上成长半导体层；
在半导体层上形成透明导电层；
在透明导电层的外层包覆一层透明保护层；
沿朝向基板方向蚀刻透明保护层，形成多个孔洞，从而暴露所述透明导电层；
遮挡住所述孔洞，然后在所述透明保护层上形成一荧光粉层，使荧光粉层不遮盖所述孔洞。
上述的发光二极管在透明保护层上蚀刻多个孔洞，然后遮挡住孔洞在透明保护层上形成荧光粉层，发光二极管产生的白光是由半导体层通过孔洞直接射出的第一波长的光和激发荧光粉层产生的第二波长的光混合形成，由于透明保护层以及荧光粉层上形成孔洞，减少了透明保护层以及荧光粉层对光线的遮挡，部分光线可以直接由孔洞射出，从而减少了荧光粉层与透明保护层对光线的反射以及吸收，从而提升了发光二极管的出光效率以及亮度。
附图说明
图1为本发明实施方式中的发光二极管的俯视图。
图2为图1中的发光二极管沿II-II方向的截面图。
图3为图2中的发光二极管的光路图。
主要元件符号说明
发光二极管 100
基板 10
半导体层 20
透明导电层 30
p型金属电极 40
n型金属电极 50
透明保护层 60
荧光粉层 70
孔洞 80
缓冲层 21
n型半导体层 22
发光层 23
p型半导体层 24
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图1以及图2，本发明实施方式提供的一种发光二极管100包括基板10、形成在该基板10上的半导体层20、形成在该半导体层20上的透明导电层30、p型金属电极40、n型金属电极50、形成在该透明导电层30上的透明保护层60以及覆盖在该透明保护层60上的荧光粉层70。
所述基板10可以为蓝宝石(Sapphire)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、砷化镓(GaAs)、偏铝酸锂(LiAlO2)、氧化镁(MgO)、氧化锌(ZnO)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlO)、或氮化铟(InN)等，本实施例中，该基板10为蓝宝石基板。
所述半导体层20包括依次成长在基板10上的缓冲层21、n型半导体层22、发光层23以及p型半导体层24。在本实施方式中，所述缓冲层21可为氮化镓(GaN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铝(AlN)、或是InGaN/InGaN超晶格结构；所述发光层23可为单异质结构、双异质结构、单量子阱层或是多重量子阱层结构。
所述透明导电层30形成在半导体层20上，然后蚀刻所述半导体层20的一侧，形成平台并暴露出n型半导体层22。在本实施方式中，透明导电层30以蒸镀，溅镀等物理气相沉积法形成，其材料可为镍/金（Ni/Au）、氧化铟锡（Indium Tin Oxide; ITO）、氧化铟锌（Indium Zinc Oxide; IZO）、氧化铟钨（Indium Tungsten Oxide; IWO）或是氧化铟镓（Indium Gallium Oxide;IGO）。另外，透明导电层30材料还可使用氧化铝锌(AZO)、氧化铟镓锌(IGZO; Indium Gallium Zinc Oxide)、氧化锌(ZnO)等材料。
所述p型金属电极40形成在透明导电层30上，所述n型金属电极50形成在暴露的n型半导体层22上。在本实施方式中，所述p型金属电极40及n型金属电极50可利用溅镀、蒸镀等物理气相层积的方法将金属沉积于所述透明导电层30以及n型半导体层22上。
所述透明保护层60包覆于半导体元件的外层并露出p型金属电极40和n型金属电极50。亦即，透明保护层60包覆透明导电层30以及暴露出n型半导体层22，并露出p型金属电极40和n型金属电极50。在本实施方式中，所述透明保护层60可为二氧化硅(SiO2)、环氧树脂(Epoxy)、氮化硅(Si3N4)、二氧化钛(TiO2)或是氮化铝(AlN) 。所述透明保护层60上沿朝向基板10方向蚀刻形成有多个均匀间隔的孔洞80，多个孔洞80垂直向下延伸，从而暴露出所述透明导电层30，并且暴露的透明导电层30表面接着向下蚀刻，使透明导电层30形成与孔洞80相对应的凹陷，该凹陷表面为粗糙化表面，该粗糙化表面能够减少光线的全反射，增加光萃取率。
所述荧光粉层70覆盖在所述透明保护层60上，并且不遮盖所述孔洞80。在本实施方式中，所述发光层23发出蓝光，所述荧光粉层70可以为黄色荧光粉层或者是红绿荧光粉层。在本实施方式中，为了达到较好的白光混光效果，荧光粉层70与孔洞80开口的总面积比在0.2～0.4之间。
请接着参阅图3，所述发光二极管100产生的白光是由发光层23通过孔洞80直接射出的第一波长的光和第一波长的光激发荧光粉层70产生的第二波长的光混合而成。以黄色荧光粉为例，发光层23发出蓝光，一部分蓝光透过孔洞80直接射出，另一部分蓝光则激发荧光粉层70产生黄光，蓝光和黄光混合而产生白光。由于透明保护层60以及荧光粉层70上形成有若干孔洞80，部分光线可以直接由孔洞80射出，从而减少了荧光粉层70对光线的反射以及吸收，从而提升了发光二极管100的出光效率以及亮度。
本发明实施方式提供的一种发光二极管的制造方法包括以下几个步骤：
步骤1，提供一基板10。所述基板10可以为蓝宝石(Sapphire)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、砷化镓(GaAs)、偏铝酸锂(LiAlO2)、氧化镁(MgO)、氧化锌(ZnO)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlO)、或氮化铟(InN)等，本实施例中，该基板10为蓝宝石基板。
步骤2，在基板10上成长半导体层20。所述半导体层20包括依次成长在基板10上的缓冲层21、n型半导体层22、发光层23以及p型半导体层24。
步骤3，在半导体层20上形成透明导电层30。在本实施方式中，透明导电层30以蒸镀，溅镀等物理气相沉积法形成，其材料可为镍/金（Ni/Au）、氧化铟锡（Indium Tin Oxide;ITO）、氧化铟锌（Indium Zinc Oxide; IZO）、氧化铟钨（Indium Tungsten Oxide; IWO）或是氧化铟镓（Indium Gallium Oxide;IGO）。另外，透明导电层30材料还可使用氧化铝锌(AZO)、氧化铟镓锌(IGZO; Indium Gallium Zinc Oxide)、氧化锌(ZnO)等材料。
步骤4，蚀刻所述半导体层20的一侧，形成平台并暴露出n型半导体层22，在透明导电层30上形成p型金属电极40，在暴露的n型半导体层22上形成n型金属电极50。
步骤5，在半导体元件的外层包覆一层透明保护层60，并露出p型金属电极40和n型金属电极50。在本实施方式中，所述透明保护层60可为二氧化硅(SiO2)、环氧树脂(Epoxy)、氮化硅(Si3N4)、二氧化钛(TiO2)或是氮化铝(AlN) 。
步骤6，沿朝向基板10方向蚀刻所述透明保护层60，形成多个孔洞80，从而暴露出透明导电层30。
步骤7，对孔洞80中暴露的透明导电层30的表面进行二次蚀刻，使暴露的透明导电层30的表面向下形成具有粗糙化表面的凹陷。
步骤8，遮挡住所述孔洞80、p型金属电极40以及n型金属电极50，然后在所述透明保护层60上形成一荧光粉层70，使荧光粉层70不遮盖所述孔洞80。在本实施方式中，所述发光层23发出蓝光，所述荧光粉层70可以为黄色荧光粉层或者是红绿荧光粉层。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种像应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种发光二极管，其包括基板、形成在该基板上的半导体层、形成在该半导体层上的透明导电层、包覆在透明导电层外层的透明保护层以及荧光粉层，其特征在于：所述透明保护层上沿朝向基板方向蚀刻形成有多个均匀间隔的孔洞，从而暴露出所述透明导电层，所述孔洞的底部位于所述透明导电层中，所述荧光粉层覆盖在该透明保护层上，并且不遮盖所述孔洞，半导体层通过孔洞直接射出的第一波长的光和激发荧光粉层产生的第二波长的光混合形成白光。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述暴露的透明导电层的表面接着向下蚀刻形成与所述孔洞相对应的凹陷，该凹陷表面为粗糙化表面。
3.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述荧光粉层与孔洞开口的总面积比在0.2～0.4之间。
4.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述半导体层包括依次成长在基板上的缓冲层、n型半导体层、发光层及p型半导体层。
5.如权利要求4所述的发光二极管，其特征在于：所述半导体层的一侧蚀刻成平台并暴露出n型半导体层，所述发光二极管还包括p型金属电极和n型金属电极，所述p型金属电极形成在透明导电层上，所述n型金属电极形成在暴露的n型半导体层上。
6.如权利要求5所述的发光二极管，其特征在于：所述透明保护层包覆透明导电层及暴露的n型半导体层，并且露出p型金属电极和n型金属电极。
7.一种发光二极管的制造方法，其包括以下几个步骤：
步骤1，提供一基板；
步骤2，在基板上成长半导体层；
步骤3，在半导体层上形成透明导电层；
步骤4，在透明导电层的外层包覆一层透明保护层；
步骤5，沿朝向基板方向蚀刻透明保护层，形成多个孔洞，从而暴露所述透明导电层，所述孔洞的底部位于所述透明导电层中；
步骤6，遮挡住所述孔洞，然后在所述透明保护层上形成一荧光粉层，使荧光粉层不遮盖所述孔洞。
8.如权利要求7所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述半导体层包括依次成长在基板上的缓冲层、n型半导体层、发光层以及p型半导体层。
9.如权利要求8所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：在步骤3和步骤4之间还包括蚀刻所述半导体层的一侧，形成平台并暴露出n型半导体层，在透明导电层上形成p型金属电极，在暴露的n型半导体层上形成n型金属电极的步骤，在形成荧光粉层的过程中，还需要遮挡p型金属电极以及n型金属电极，使形成后荧光粉层不遮盖p型金属电极以及n型金属电极。
10.如权利要求7所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：在步骤5之后还包括对孔洞中暴露的透明导电层的表面进行二次蚀刻，使暴露的透明导电层的表面向下形成具有粗糙化表面的凹陷的步骤。
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