CN105870284B - 发光二极管结构及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管结构及其加工方法，发光二极管结构包括发光器件，所述发光器件包括N型半导体层和形成在所述N型半导体层的多个分立的柱状发光结构，所述柱状发光结构之间还设置有反光部件。通过在发光器件上形成多个柱状发光结构，多个柱状发光结构进行发光能够有效的增大出光面积，同时，柱状发光结构之间还设置有反光部件，反光部件能够有效反射柱状发光结构侧面发出的光并将光反射从衬底输出，从而更有效的增加出光量，实现了提高了发光二极管结构的光导出效率。
Description
技术领域
本发明涉及LED发光设备，尤其涉及一种发光二极管结构及其加工方法。
背景技术
紫外线对细菌、病毒的杀灭作用一般在几秒内完成，紫外线消毒技术在所有消毒技术中，杀菌广谱性最高，几乎对所有的细菌、病毒都有高效杀灭作用。传统紫外光源是气体激光器和汞灯，存在着低效率、体积大、不环保和电压高等缺点，而深紫外LED光源具有功耗低、寿命长、无污染等优点。深紫外LED光源的波长是可以通过半导体材料生产工艺进行调整，而对于LED光源来说，由于材料的折射率等原因导致深紫外光线导出效率低下。如何设计一种提高光导出效率的LED光源是本发明所要解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种发光二极管结构及其加工方法，实现提高发光二极管结构的光导出效率。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种发光二极管结构，包括发光器件，所述发光器件包括N型半导体层和形成在所述N型半导体层上多个分立的柱状发光结构，所述柱状发光结构之间还设置有反光部件。
进一步的，所述反光部件为圆柱结构；或者，所述反光部件为漏斗结构；或者，所述反光部件为柱状结构，所述反光部件的横截面整体呈梯形，并且，所述反光部件的侧壁为弧面结构；或者，所述反光部件为柱状结构，所述反光部件的第一端部尺寸大于所述反光部件的第二端部，所述反光部件的第一端部处还形成有凸起结构，所述反光部件的第一端部远离所述N型半导体层，所述反光部件的第二端部靠近所述N型半导体层。
进一步的，所述反光部件与所述柱状发光结构之间还设置有透镜结构。
进一步的，在所述N型半导体层上蚀刻出所述透镜结构。
进一步的，所述反光部件的横截面整体呈锥形，并且，所述反光部件的侧壁为弧面结构，所述反光部件的尖端朝向所述N型半导体层，所述反光部件的尖端与所述柱状发光结构之间还设置有透镜结构。
进一步的，每个所述柱状发光结构上设置有独立的所述P电极；或者，所述发光二极管结构还包括板状结构的P电极，所述P电极与各个所述柱状发光结构连接。
进一步的，所述柱状发光结构包括形成在N型半导体层上的量子阱层、所述量子阱层上形成的电子阻挡层、所述电子阻挡层上形成的P型半导体层、以及所述P型半导体层上形成欧姆接触层。
进一步的，所述P型半导体层嵌入在所述欧姆接触层中。
进一步的，所述反光部件与所述欧姆接触层之间还设置有第一绝缘层；和/或所述柱状发光结构的侧壁的外部包裹有第二绝缘层；和/或，所述反光部件的外部包裹有第三绝缘层。
进一步的，还包括衬底，所述衬底上形成所述N型半导体层。
进一步的，所述衬底由蓝宝石、石英片、AlN或SiC材料制成；和/或，所述反光部件的采用铝制成；和/或，所述N型半导体层由AlGaN材料制成。
本发明还提供一种发光二极管的加工方法，包括：
步骤1、在型半导体层上形成多个柱状发光结构；
步骤2、在柱状发光结构之间形成多个反光部件。
进一步的，所述步骤2具体为：采用掩膜版沉积的方式，在量子阱之间形成反光部件。
进一步的，所述步骤2还包括：在形成反光部件后，再在反光部件上形成绝缘层。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明提供的发光二极管结构及其加工方法，通过在发光器件上形成多个柱状发光结构，多个柱状发光结构进行发光能够有效的增大出光面积，同时，柱状发光结构之间还设置有反光部件，反光部件能够有效反射柱状发光结构侧面发出的光并将光反射从衬底输出，从而更有效的增加出光量，实现了提高了发光二极管结构的光导出效率。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明发光二极管结构实施例一的结构示意图；
图2为本发明发光二极管结构实施例二的结构示意图；
图3为本发明发光二极管结构实施例三的结构示意图；
图4为本发明发光二极管结构实施例四的结构示意图；
图5为本发明发光二极管结构实施例五的结构示意图；
图6为本发明发光二极管结构实施例中反光部件的结构示意图一；
图7为本发明发光二极管结构实施例中反光部件的结构示意图二。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1-图2所示，本实施例发光二极管结构，包括发光器件2，所述发光器件2包括N型半导体层23和形成在N型半导体层23上多个分立的柱状发光结构20，所述柱状发光结构20之间还设置有反光部件5。
具体而言，本实施例发光二极管结构中的每个柱状发光结构20包括直接或间接形成在N型半导体层23上的量子阱层21，所述量子阱层21上直接或间接形成有电子阻挡层24，所述电子阻挡层24上直接或间接形成有P型半导体层，柱状发光结构20形成在N型半导体层23上，多个柱状发光结构20能够有效的增大出光面积。在多个柱状发光结构20之间还分布有反光部件5，反光部件5能够反射柱状发光结构20产生的光，由于反光部件5位于柱状发光结构20的一侧，从而可以通过反光部件5反射柱状发光结构20侧部发出的光并将光反射输出，以增大出光效率，其中，由于铝材料对紫外线的反光效果较好，反光部件5优选的采用铝制成。另外，本实施例发光二极管结构还包括衬底1、P电极3和N电极4，所述衬底1上形成所述N型半导体层23，衬底1作为出光面由蓝宝石、石英片、AlN或SiC等材料制成，发光器件2形成在衬底1上，所述P电极3和所述N电极4分别与所述发光器件2连接。而P型半导体层可以包括形成在电子阻挡层24上的P型AlGaN层25以及形成在P型AlGaN层25上的P型GaN层26；本实施例中的半导体层的材料可以为InxAlyGa1-X-YN(0≤X、0≤Y、X+Y ≤1)等氮化稼系的半导体材料，例如：N型半导体层23可以采用由AlGaN、GaN材料制成；并且，本文中出现的在已有层上形成新的层结构，新的层可以为直接形成在已有层，也可以为间接形成在已有层。
本实施例发光二极管结构，通过在发光器件上形成多个柱状发光结构，多个柱状发光结构进行发光能够有效的增大出光面积，同时，柱状发光结构之间还设置有反光部件，反光部件能够有效反射柱状发光结构侧面发出的光并将光反射从衬底输出，从而更有效的增加出光量，实现了提高了发光二极管结构的光导出效率。
实施例二
如图1和图2所示，基于上述实施例一，本实施例发光二极管结构在每个柱状发光结构20的P型GaN26上形成有独立的P电极3，即各个柱状发光结构20上的P电极3之间是没有直接电连接，此时，本实施例发光二极管结构还包括基板6，所述基板6上设置有正极连接部61和负极连接部62，所述P电极3与所述正极连接部61连接，所述N电极4与所述负极连接部62连接。具体的，基板6上具有与P电极3和N电极4对应的正极连接部61和负极连接部62，正极连接部61和负极连接部62一般可以采用纳米压印技术形成在基板6上，然后，正极连接部61和负极连接部62可以采用共金结合的方式分别与对应的P电极3和N电极4连接并形成共金结合部60。
实施例三
如图3所示，基于上述实施例一，本实施例发光二极管结构中的P电极3为板状结构，所述P电极3形成在欧姆接触层31上，所述P电极3通过欧姆接触层31与每个柱状发光结构20的P型GaN26连接。具体的，采用板状结构的P电极3连接全部的柱状发光结构20，可以无需额外增加基板，可以有效的降低制造成本。优选的，如图4所示，为了降低接触电阻，欧姆接触层31包裹住所述P型GaN层26，从而可以增大欧姆接触层31与P型GaN层26之间的接触面积，以有效的降低接触电阻，例如：P型GaN层26可以全部或部分嵌入到欧姆接触层31中，在P型GaN层26的底面或侧面实现欧姆接触。
其中，如图3所示，反光部件5与所述欧姆接触层31之间还设置有第一绝缘层51，具体的，第一绝缘层51能够实现反光部件5与欧姆接触层31绝缘连接，在有效增大反光部件5的同时，确保电路的安全可靠性；优选的，如图4所示，柱状发光结构20的侧壁的外部包裹有第二绝缘层210，从而使得柱状发光结构20能够被第二绝缘层210包裹住进行保护，而第二绝缘层210还可以延伸至电子阻挡层24或P型半导体层25处；同时，所述反光部件5的外部包裹有第三绝缘层（未图示），第一绝缘层51、第二绝缘层210和第三绝缘层对柱状发光结构20发出的光具有透光性。另外，对于本实施例中涉及的绝缘层使用的材料可以为SiO2或Al2O3。
实施例四
如图5所示，基于上述实施例一，本实施例发光二极管结构在位于所述反光部件5的一侧还设置有透镜结构7。具体的，透镜结构7将于反光部件5一同配合进行光的反射，透镜结构7能够对光束进行聚集，部分光将汇聚从衬底1输出，而剩余部分光汇聚投射到反光部件5，由反光部件5反射从衬底1射出，从而可以更加有效的增大出光量。同样的，对于反光部件5和透镜结构7可以根据需要形成在N型半导体层23上，也可以形成在衬底1上，本实施例发光二极管结构不对其进行限制。优选的，所述反光部件5的横截面整体呈锥形，并且，所述反光部件5的侧壁为弧面结构，所述反光部件5的尖端朝向所述N型半导体层23，所述反光部件5的尖端与所述柱状发光结构20之间还设置有透镜结构7，具体的，反光部件5侧壁的弧面结构可以为抛物线形式，从而可以使得反光部件5侧壁反射的光能够垂直于衬底1输出，配合透镜结构7的聚光作用，使得更多的光能够通过反光部件5进行反射，以最大限度的提高出光效率。其中，透镜结构7可以为独立部件，可以采用在N型半导体层23上蚀刻出所述透镜结构7。
其中，本实施例中的反光部件5的结构可以有多重形式。例如：如图2中的反光部件5为圆柱结构；或者，如图3中的反光部件5为锥结构，锥结构的反光部件5形成倾斜的反光面，从而可以将更多的光反射向衬底1方向；或者，如图6所示，反光部件5为柱状结构，所述反光部件5的横截面整体呈梯形，并且，所述反光部件5的侧壁为弧面结构，反光部件5的侧面曲线为双曲线或抛物线形式，以增大反光量；或者，如图6所示，所述反光部件5为柱状结构，所述反光部件5的第一端部尺寸大于所述反光部件5的第二端部，所述反光部件5的第一端部处还形成有凸起结构50，所述反光部件5的第一端部靠近所述P电极3，所述反光部件5的第二端部靠近所述衬底1，反光部件5中形成的凸起结构50能够有效的增大反射面积，而凸起结构50上还可以根据需要形成有锯齿结构以进一步的增大反射面积。
本发明还提供一种发光二极管的加工方法，包括：
步骤1、在N型半导体层上形成多个柱状发光结构。具体的，采用现有的加工方法在在衬底上依次形成缓冲层、N型半导体层、量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层和P型GaN层，然后，通过蚀刻工艺对量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层和P型GaN层进行蚀刻处理，以形成多个柱状发光结构，以增大出光面积。
步骤2、在柱状发光结构之间形成多个反光部件。具体的，采用掩膜版沉积的方式，在柱状发光结构之间形成反光部件，而沉积之前可以先沉积绝缘层。并且，可以在形成反光部件后，再在反光部件上形成绝缘层，并去除不需要的绝缘层。最后，在再形成P电极和N电极，在P电极形成过程中，先形成欧姆接触层，然后，再完成P电极形成和N电极形成。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种发光二极管结构，包括发光器件，其特征在于，所述发光器件包括N型半导体层和形成在所述N型半导体层上多个分立的柱状发光结构，所述柱状发光结构之间还设置有反光部件，所述反光部件与所述柱状发光结构之间还设置有透镜结构。
2.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，所述反光部件为圆柱结构；或者，所述反光部件为漏斗结构；或者，所述反光部件为柱状结构，所述反光部件的横截面整体呈梯形，并且，所述反光部件的侧壁为弧面结构；或者，所述反光部件为柱状结构，所述反光部件的第一端部尺寸大于所述反光部件的第二端部，所述反光部件的第一端部处还形成有凸起结构，所述反光部件的第一端部远离所述N型半导体层，所述反光部件的第二端部靠近所述N型半导体层。
3.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，在所述N型半导体层上蚀刻出所述透镜结构。
4.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，所述反光部件的横截面整体呈锥形，并且，所述反光部件的侧壁为弧面结构，所述反光部件的尖端朝向所述N型半导体层，所述反光部件的尖端与所述柱状发光结构之间还设置有透镜结构。
5.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，每个所述柱状发光结构上设置有独立的P电极；或者，所述发光二极管结构还包括板状结构的P电极，所述P电极与各个所述柱状发光结构连接。
6.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，所述柱状发光结构包括形成在N型半导体层上的量子阱层、所述量子阱层上形成的电子阻挡层、所述电子阻挡层上形成的P型半导体层、以及所述P型半导体层上形成的欧姆接触层。
7.根据权利要求6所述的发光二极管结构，其特征在于，所述P型半导体层嵌入在所述欧姆接触层中。
8.根据权利要求6所述的发光二极管结构，其特征在于，所述反光部件与所述欧姆接触层之间还设置有第一绝缘层；和/或所述柱状发光结构的侧壁的外部包裹有第二绝缘层；和/或，所述反光部件的外部包裹有第三绝缘层。
9.根据权利要求1-8任一所述的发光二极管结构，其特征在于，还包括衬底，所述衬底上形成所述N型半导体层。
10.根据权利要求9所述的发光二极管结构，其特征在于，所述衬底由蓝宝石、石英片、AlN或SiC材料制成；和/或，所述反光部件的采用铝制成；和/或，所述N型半导体层由AlGaN材料制成。
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