CN102130255A

CN102130255A - 发光二极管、发光装置以及发光二极管的制造方法

Info

Publication number: CN102130255A
Application number: CN2010105037729A
Authority: CN
Inventors: 张汝京
Original assignee: Enraytek Optoelectronics Co Ltd
Current assignee: Enraytek Optoelectronics Co Ltd
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2011-07-20

Abstract

一种发光二极管，包括：衬底，位于所述衬底上的发光二极管管芯，所述衬底背向发光二极管管芯的一侧形成有一个以上锥形凹坑，所述锥形凹坑的侧壁上覆盖有反射膜，所述反射膜的反射面贴附于锥形凹坑的侧壁上。一种包括所述发光二极管的发光装置。一种发光二极管的制造方法，包括：提供衬底，在衬底上形成发光二极管管芯；从背向发光二极管管芯的一侧减薄所述衬底；在衬底上形成锥形凹坑；在所述锥形凹坑的侧壁上涂覆反射膜，所述反射膜的反射面贴附于所述锥形凹坑的侧壁上。本发明提供的发光二极管发光效率较高，制造方法较为简单。

Description

发光二极管、发光装置以及发光二极管的制造方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，更具体地，本发明涉及一种发光二极管、发光装置以及发光二极管的制造方法。

背景技术

发光二极管(LED)是响应电流而被激发从而产生各种颜色的光的半导体器件。其中，以氮化镓(GaN)为代表的III-V族化合物半导体由于具有带隙宽、发光效率高、电子饱和漂移速度高、化学性质稳定等特点，在高亮度蓝光发光二极管、蓝光激光器等光电子器件领域有着巨大的应用潜力，引起了人们的广泛关注。

然而，目前半导体发光二极管存在着发光效率低的问题。对于未经封装的发光二极管，其出光效率一般只有百分之几。大量的能量聚集在器件内部不能出射，既造成能量浪费，又影响器件的使用寿命。因此，提高半导体发光二极管的出光效率至关重要。

基于上述的应用需求，许多种提高发光二极管出光效率的方法被应用到器件结构中，例如表面粗糙化法，金属反射镜结构等。公开号为CN1858918A的中国专利申请公开了一种发光二极管，所述的发光二极管下表面形成全角度反射镜结构，可以提高发光二极管出光效率。然而，该方法需要在衬底上形成多层由高折射率层与低折射率层堆叠而成的薄膜结构，制作工艺复杂。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种发光二极管，以提高发光效率。

为解决上述问题，本发明提供一种发光二极管，包括：衬底，位于所述衬底上的发光二极管管芯，所述衬底背向发光二极管管芯的一侧形成有一个以上锥形凹坑，所述锥形凹坑的侧壁上覆盖有反射膜，所述反射膜的反射面贴附于锥形凹坑的侧壁上。

相应地，本发明还提供一种发光装置，包括发光二极管、基座、帽层、第一引脚、第二引脚，所述发光二极管包括衬底，位于所述衬底上的发光二极管管芯，所述衬底背向发光二极管管芯的一侧形成有一个以上锥形凹坑，所述锥形凹坑的侧壁上覆盖有反射膜，所述反射膜的反射面朝向锥形凹坑的侧壁；所述基座包括装配凹坑，所述装配凹坑用于设置所述发光二极管；所述帽层，覆盖于基座和发光二极管之上；所述第一引脚、第二引脚分别位于基座的两侧，所述第一引脚连接于发光二极管和电源负极；所述第二引脚，连接于发光二极管和电源正极。

相应地，本发明还提供一种发光二极管的制造方法，包括提供衬底，在衬底上形成发光二极管管芯；从背向发光二极管管芯的一侧减薄所述衬底；在衬底上形成锥形凹坑；在所述锥形凹坑的侧壁上涂覆反射膜。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.衬底上背向发光二极管管芯的一侧包括锥形凹坑，并且所述锥形凹坑的侧壁上覆盖有反射膜，所述反射膜的反射面贴附于锥形凹坑的侧壁上，可以将发光二极管管芯发出、且透过衬底的光反射至发光二极管的出光面，提高了发光效率；

2.发光装置的帽层在发光二极管的出光方向上具有透镜结构，可以会聚发光二极管发出的光，提高亮度；

3.发光二极管的制造方法中，在衬底上形成锥形凹坑，并在锥形凹坑的侧壁上涂覆反射膜即可，制造方法较为简单。

附图说明

图1是本发明发光二极管一实施例的剖面结构示意图；

图2是本发明发光装置一实施例的剖面结构示意图；

图3是本发明发光二极管制造方法一实施方式的流程图；

图4是图3所示步骤s3一实施例的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术所述，为提高发光二极管的出光效率，现有技术的发光二极管需要在衬底上形成多层由高折射率层与低折射率层堆叠而成的薄膜结构，但所述薄膜结构的制作工艺复杂。

针对上述问题，本发明的发明人提供了一种发光二极管，所述发光二极管的衬底背向发光二极管管芯的一侧包括锥形凹坑，并且所述锥形凹坑的侧壁上覆盖有反射膜，所述反射膜的反射面贴附于锥形凹坑的侧壁上，可以将发光二极管管芯发出、且透过衬底的光反射至发光二极管的出光面，提高了发光效率。

参考图1，示出了本发明发光二极管的剖面结构示意图。如图1所示，所述发光二极管包括：衬底101，以及位于衬底101上的发光二极管管芯，其中，衬底101，背向发光二极管管芯的一侧形成有一个以上锥形凹坑，所述锥形凹坑的侧壁上覆盖有反射膜(图未示)，所述反射膜的反射面贴附于锥形凹坑的侧壁上；所述锥形凹坑的侧壁具有一定倾角，贴附于锥形凹坑的侧壁上的反射膜可将发光二极管管芯发出的、且透过衬底101的光反射至发光二极管的出光面上，从而提高了发光二极管的发光效率。

具体地，所述衬底为蓝宝石衬底，厚度为20～50微米，所述锥形凹坑的开口尺寸为10至50微米，所述锥形凹坑围成倒置的金字塔形状，例如，所述金字塔为底边为正六边形的金字塔或底面为正方形的金字塔。

所述衬底101上依次形成有N型半导体层102、有源层103、P型半导体层104，所述N型半导体层102、有源层103、P型半导体层104构成了发光二极管管芯；在具体实施例中，所述N型半导体层102为N型掺杂的氮化镓材料，所述有源层105为多量子阱有源层结构，具体地，采用氮化铟镓材料构成，用于发出波长为470nm的蓝光，所述P型半导体层104为P型掺杂的氮化镓材料；

所述发光二极管还包括深度至少自P型半导体层104延伸至N型半导体层102顶部的开口，所述开口底部设置有第一电极(图未示)，所述第一电极用于实现发光二极管与电源负极的电连接；较佳地，所述开口位于发光二极管一侧的端部，以便进行第一电极和电源负极之间的电连接。

所述P型半导体层的上表面设置有第二电极(图未示)，所述第二电极用于实现发光二极管与电源正极的电连接。

相应地，本发明还提供一种发光装置，参考图2示出了本发明发光装置一实施例的剖面结构示意图。如图2所示，所述发光装置包括：发光二极管、基座105、帽层106、第一引脚107、第二引脚108，其中

发光二极管包括衬底101、依次位于衬底101上的N型半导体层102、有源层103、P型半导体层104，所述N型半导体层102、有源层103、P型半导体层104构成了发光二极管管芯；具体地，与图1所示的实施例相同，在此不再赘述。

所述基座105用于承载发光二极管，具体地，所述发光二极管按照衬底101固定于装配凹坑底面的方式设置于基座105上，在具体实施例中，所述基座105采用铜、铝等金属材料构成。

所述第一引脚107与第二引脚108位于基座105两侧，其中，所述第一引脚107用于实现电源负极和发光二极管的连接，所述第一引脚107集成于基座105上，通过第一金属导线111与发光二极管的第一电极109电连接，所述第二引脚108用于实现电源正极和发光二极管的连接，所述第二引脚108通过第二金属导线112与发光二极管的第二电极110电连接。

在具体实施例中，所述第一引脚107与第二引脚108采用与基座105相同的金属材料构成，例如铜、铝等。在将发光二极管放置于基座105的装配凹坑中之后，采用金丝球焊或铝丝球焊方式将第一金属导线111的一端连接至第一引脚107，另一端连接至第一电极109；同样地，采用金丝球焊或铝丝球焊方式将第二金属导线112的一端连接至第二引脚108，另一端连接至第二电极110。因此发光二极管的第一电极109依次经过第一金属线111、第一引脚107与电源的负极相连，发光二极管的第二电极110依次经过第二金属线112、第二引脚108与电源的正极相连。

所述帽层106覆盖于发光二极管、基座105上，所述帽层106在发光二极管的出光方向上具有透镜结构，所述透镜结构可以会聚发光二极管发出的光，以提高发光装置的亮度，在具体实施例中，所述帽层106采用树脂材料构成，所述帽层106还可以起到保护发光二极管的作用。

所述帽层106在发光二极管的出光方向上上还涂覆有荧光粉(图未示)，发光二极管发出的光激发所述荧光粉，可以得到白光，例如发光二极管的有源层103发出蓝光，所述荧光粉为含Ce³⁺的YAG荧光粉。较佳地，对于具有透镜结构的帽层106，所述荧光粉涂覆于所述透镜结构上。

相应地，本发明还提供一种发光二极管的制造方法，参考图3，示出了本发光二极管的制造方法一实施方式的流程图。所述发光二极管的制造方法包括：

步骤s1，提供衬底，在衬底上形成发光二极管管芯；

步骤s2，从背向发光二极管管芯的一侧减薄所述衬底；

步骤s3，在衬底上形成锥形凹坑；

步骤s4，在所述锥形凹坑的侧壁上涂覆反射膜，所述反射膜的反射面贴附于所述锥形凹坑的侧壁上。

对于步骤s1，所述衬底为蓝宝石衬底，在所述衬底上依次形成N型半导体层、有源层、P型半导体层，所述N型半导体层、有源层、P型半导体层构成发光二极管管芯。

对于步骤s2，从背向发光二极管管芯的一侧减薄所述衬底，直至所述衬底的厚度为20～50微米。

参考图4，示出了图3所示步骤s3一实施例的流程示意图。所述步骤s3包括以下步骤：

s31，在衬底上形成掩模层；

s32，图形化所述掩模层；

s33，以所述图形化的掩模层为掩模各向异性蚀刻所述衬底，形成锥形凹坑；

s34，去除掩模层。

对于步骤s31，所述掩模层可以采用硬掩模，在后续湿法腐蚀中，腐蚀溶液对衬底及硬掩模的选择比较高，可以避免腐蚀溶液对掩模层的损坏，以便于形成形状较好的锥形凹坑，具体地，硬掩模的材料为二氧化硅。对于步骤s33，具体地，采用湿法腐蚀法蚀刻所述衬底，湿法腐蚀时所选用的溶液，相对于掩模层而言需对衬底材料具有较好的选择比，避免在湿法腐蚀过程中破坏掩模层，例如，对于蓝宝石衬底，则采用硫酸和磷酸的混合溶液进行湿法蚀刻。

对于步骤s34，通过氢氟酸溶液去除掩模层，

至此，在衬底背向发光二极管管芯的一侧形成多个锥形凹坑。

对于步骤s4，所述反射膜为氧化钡。

至此，本发明的发光二极管即制作完成。

综上，本发明提供的发光二极管中，衬底上背向发光二极管管芯的一侧包括锥形凹坑，并且所述锥形凹坑的侧壁上覆盖有反射膜，所述反射膜的反射面贴附于锥形凹坑的侧壁上，可以将发光二极管管芯发出、且透过衬底的光反射至发光二极管的出光面，提高了发光效率；

本发明提供的发光装置中，帽层在发光二极管的出光方向上具有透镜结构，可以会聚发光二极管发出的光，提高亮度；

本发明提供的发光二极管的制造方法中，在衬底上形成锥形凹坑，并在锥形凹坑的侧壁上涂覆反射膜即可，制造方法较为简单。

虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims

1.一种发光二极管，包括：衬底，位于所述衬底上的发光二极管管芯，其特征在于，所述衬底背向发光二极管管芯的一侧形成有一个以上锥形凹坑，所述锥形凹坑的侧壁上覆盖有反射膜，所述反射膜的反射面贴附于锥形凹坑的侧壁上。

2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述反射膜为氧化钡反射膜。

3.如权利要求2所述的发光二极管，其特征在于，所述衬底的厚度为20～50微米，所述锥形凹坑的开口尺寸为10至50微米。

4.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管管芯包括N型半导体层、位于N型半导体层上的有源层、位于有源层上的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，所述发光二极管还包括深度至少自P型半导体层延伸至N型半导体层顶部的开口，所述开口底部设置有第一电极，所述P型半导体层的上表面设置有第二电极。

6.一种发光装置，包括发光二极管、基座、帽层、第一引脚、第二引脚，其特征在于，

所述发光二极管包括衬底，位于所述衬底上的发光二极管管芯，所述衬底背向发光二极管管芯的一侧形成有一个以上锥形凹坑，所述锥形凹坑的侧壁上覆盖有反射膜，所述反射膜的反射面贴附于锥形凹坑的侧壁上；

所述基座包括装配凹坑，所述装配凹坑用于设置所述发光二极管；

所述帽层，覆盖于基座和发光二极管之上；

所述第一引脚、第二引脚分别位于基座的两侧，所述第一引脚连接于发光二极管和电源负极；所述第二引脚连接于发光二极管和电源正极。

7.如权利要求6所述的发光装置，其特征在于，所述反射膜为氧化钡反射膜。

8.如权利要求6所述的发光装置，其特征在于，所述衬底的厚度为20～50微米，所述锥形凹坑的开口尺寸为10至50微米。

9.如权利要求6所述的发光装置，其特征在于，所述发光二极管管芯包括N型半导体层、位于N型半导体层上的有源层、位于有源层上的P型半导体层。

10.如权利要求9所述的发光装置，其特征在于，所述发光二极管管芯还包括深度至少自P型半导体层延伸至N型半导体层顶部的开口，所述开口设置有第一电极，所述P型半导体层的上表面设置有第二电极。

11.如权利要求6所述的发光装置，其特征在于，所述帽层在发光二极管的出光方向上具有用于会聚光线的透镜结构。

12.如权利要求6所述的发光装置，其特征在于，所述帽层在发光二极管的出光方向上涂覆有荧光粉。

13.如权利要求11所述的发光装置，其特征在于，所述帽层的透镜结构上涂覆有荧光粉。

14.如权利要求6所述的发光装置，其特征在于，所述第一引脚集成于基座上。

15.如权利要求10所述的发光装置，其特征在于，所述第一电极通过第一金属导线连接至第一引脚，所述第二电极通过第二金属导线连接至第二引脚。

16.一种发光二极管的制造方法，其特征在于，包括：提供衬底，在衬底上形成发光二极管管芯；从背向发光二极管管芯的一侧减薄所述衬底；在衬底上形成锥形凹坑；在所述锥形凹坑的侧壁上涂覆反射膜，所述反射膜的反射面贴附于所述锥形凹坑的侧壁上。

17.如权利要求16所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，所述衬底上形成锥形凹坑的步骤包括：在衬底上形成掩模层；图形化所述掩模层；以所述图形化的掩模层为掩模各向异性蚀刻所述衬底，形成锥形凹坑；去除掩模层。

18.如权利要求17所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，所述掩模层的材料为二氧化硅。

19.如权利要求17所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，所述衬底为蓝宝石，所述各向异性蚀刻所述衬底的步骤包括采用硫酸和磷酸的混合溶液进行湿法蚀刻。