專利名稱：發(fā)光二極管、發(fā)光裝置及制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體技術領域，更具體地，本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管、發(fā)光裝置及 其制造方法。
背景技術：
發(fā)光二極管(LED)是響應電流而被激發(fā)從而產(chǎn)生各種顏色的光的半導體器件。其 中，以氮化鎵(GaN)為代表的III-V族化合物半導體由于具有帶隙寬、發(fā)光效率高、電子飽 和漂移速度高、化學性質(zhì)穩(wěn)定等特點，在高亮度藍光發(fā)光二極管、藍光激光器等光電子器件 領域有著巨大的應用潛力，引起了人們的廣泛關注。然而，目前半導體發(fā)光二極管存在著發(fā)光效率低的問題。對于未經(jīng)封裝的發(fā)光二 極管，其出光效率一般只有百分之幾。大量的能量聚集在器件內(nèi)部不能出射，既造成能量浪 費，又影響器件的使用壽命。因此，提高半導體發(fā)光二極管的出光效率至關重要?；谏鲜龅膽眯枨螅S多種提高發(fā)光二極管出光效率的方法被應用到器件結(jié)構 中，例如表面粗糙化法，金屬反射鏡結(jié)構等。公開號為CN1858918A的中國專利申請公開了 一種發(fā)光二極管，所述的發(fā)光二極管下表面形成全角度反射鏡結(jié)構，可以提高發(fā)光二極管 出光效率。然而，該方法需要在襯底上形成多層由高折射率層與低折射率層堆疊而成的薄 膜結(jié)構，制作工藝復雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種發(fā)光裝置及其制造方法，以提高出光效率。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管，包括反射襯底，位于所述反射襯 底上的發(fā)光二極管管芯，其中，所述反射襯底朝向發(fā)光二極管管芯的一側(cè)形成有一個以上 的截頂錐形反射凹坑。相應地，本發(fā)明還提供一種包括所述發(fā)光二極管的發(fā)光裝置。相應地，本發(fā)明還提供一種發(fā)光裝置的制造方法，在襯底上依次形成發(fā)光二極管 管芯以及第二電極；圖形化所述襯底背面，露出發(fā)光二極管管芯，形成多個截頂錐形的襯底 凸起；填充襯底凸起之間的空隙，形成第一電極。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點發(fā)光二極管發(fā)出的光在截頂錐形反射凹 坑的側(cè)壁上會發(fā)生反射，反射后的光可到達發(fā)光二極管的出光面，從而提高了發(fā)光二極管 的出光率；本發(fā)明發(fā)光裝置的制造方法較為簡單。


圖1是本發(fā)明發(fā)光裝置的剖面結(jié)構示意圖；圖2是本發(fā)明發(fā)光裝置制造方法一實施方式的流程圖；圖3是圖2所示步驟Sl —實施例的流程圖4是圖2所示步驟s2 —實施的流程示意圖；圖5至圖11是本發(fā)明發(fā)光裝置制造方法形成的發(fā)光裝置一實施例的側(cè)面示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明 的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以 采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限 制。正如背景技術所述，為提高發(fā)光二極管的出光效率，現(xiàn)有技術的發(fā)光二極管需要 在襯底上形成多層由高折射率層與低折射率層堆疊而成的薄膜結(jié)構，但所述薄膜結(jié)構的制 作工藝復雜。針對上述問題，本發(fā)明的發(fā)明人提供了一種包括發(fā)光二極管的發(fā)光裝置，所述發(fā) 光二極管包括襯底，所述襯底包括截頂錐形反射凹坑，發(fā)光二極管發(fā)出的光在截頂錐形反 射凹坑的側(cè)壁上會發(fā)生反射，反射后的光可到達發(fā)光二極管的出光面，從而提高了發(fā)光二 極管的出光率。參考圖1，示出了本發(fā)明發(fā)光裝置的剖面結(jié)構示意圖。如圖1所示，所述發(fā)光裝置 包括基座101、以及安裝于基座101內(nèi)的發(fā)光二極管109，其中，基座101，所述基座101包括裝配凹坑，用于容納所述發(fā)光二極管109，所述裝配凹 坑的側(cè)壁與裝配凹坑的底面之間的角度θ為130° 150°，所述裝配凹坑的側(cè)壁可用于 反射發(fā)光二極管109發(fā)出的光，并將所述發(fā)光二極管109發(fā)出的光反射至發(fā)光二極管109 的出光面，進而可以提高發(fā)光裝置的出光效率。具體地，所述基座101采用散熱性能好的導 電材料，一方面可以使發(fā)光二極管產(chǎn)生的熱量傳導出去，另一方面基座101用于實現(xiàn)發(fā)光 二極管109和電源負極的電連接。具體地，所述基座采用硅或鋁等材料；所述裝配凹坑的上開口尺寸為4微米，所述 裝配凹坑的底面開口尺寸為2微米，上開口大底面開口小的裝配凹坑，可以保證裝配凹坑 的側(cè)壁與裝配凹坑的底面之間的角度θ在130° 150°范圍內(nèi)，裝配凹坑的側(cè)壁可將發(fā) 光二極管發(fā)出的光反射到發(fā)光裝置的出光面。較佳地，所述基座101上還連接有第一引線，用于連接基座101和電源的負極。所述發(fā)光二極管109設置于基座101的裝配凹坑中，包括反射襯底、位于反射襯 底上的發(fā)光二極管管芯、位于發(fā)光二極管管芯上的第二電極107。所述反射襯底包括第一電極102和透光件103，所述第一電極102用于實現(xiàn)發(fā)光二 極管109和電源負極之間的電連接，具體地，第一電極102采用鈦、鋁或金等導電金屬制成， 所述第一電極102包括多個梯形凸起，所述梯形凸起之間具有倒置的截頂錐形反射凹坑， 所述截頂錐形反射凹坑的深度為20至50微米，所述截頂錐形反射凹坑之間的間距為10至 50微米。所述透光件103填充于所述截頂錐形反射凹坑中，具體地所述透光件103的材料 為氧化鋁。發(fā)光二極管109發(fā)出的光透過透光件103到達截頂錐形反射凹坑的側(cè)壁上會發(fā)生 反射，反射后的光可到達發(fā)光二極管109的出光面(如光路C所示)，從而提高了發(fā)光二極管109的出光率。依次位于第一電極102的梯形凸起和透光件103上的N型摻雜的半導體、有源層 和P型摻雜的半導體構成發(fā)光二極管管芯，其中，N型摻雜的半導體的材料包括N型氮化鎵； 有源層包括多量子阱有源層，具體地，所述多量子阱有源層的材料包括氮化銦鎵；所述P型 摻雜的半導體的材料包括P型氮化鎵。第二電極107位于發(fā)光二極管管芯上方，用于實現(xiàn)發(fā)光二極管109和電源正極之 間的電連接，具體地，第二電極107采用鎳或金的導電金屬材料，較佳地，所述第二電極107 上還連接有第二引線，用于連接發(fā)光二極管109和電源正極。所述發(fā)光裝置還包括透鏡結(jié)構108，覆蓋于第二電極107之上，用于會聚發(fā)光二極 管發(fā)出的光線，以提高發(fā)光裝置的亮度。所述透鏡結(jié)構108還填充于所述發(fā)光二極管109 和基座101之間的空隙中，所述透鏡結(jié)構108可以會聚發(fā)光二極管發(fā)出的光(如光路A所 示)；可以會聚發(fā)光二極管發(fā)出、經(jīng)由基座側(cè)壁反射的光(如光路B所示)；還可以會聚透過 透光件103到達截頂錐形反射凹坑的側(cè)壁，經(jīng)由反射凹坑的側(cè)壁反射的光(如圖C所示)， 所述透鏡結(jié)構可以提高發(fā)光裝置的亮度。所述發(fā)光裝置還包括覆蓋于透鏡結(jié)構上的熒光粉(圖未示)，用于發(fā)出白光。具體 地，對于發(fā)出藍光的發(fā)光二極管，所述熒光粉為含Ce3+的YAG熒光粉。綜上，本發(fā)明提供的發(fā)明裝置包括基座，以及安裝于基座中的發(fā)光二極管，所述發(fā) 光二極管包括反射襯底，所述反射襯底包括截頂錐形反射凹坑，發(fā)光二極管發(fā)出的光在截 頂錐形反射凹坑的側(cè)壁上會發(fā)生反射，反射后的光可到達發(fā)光二極管的出光面，而提高了 發(fā)光二極管的出光率。此外，所述發(fā)光裝置的基座還包括用于容納發(fā)光二極管的裝配凹坑，所述裝配凹 坑的側(cè)壁與裝配凹坑的底面之間的角度θ為130° 150°，所述裝配凹坑的側(cè)壁可以反 射發(fā)光二極管發(fā)出的光，可以進一步提高發(fā)光二極管的出光率。相應地，本發(fā)明還提供一種發(fā)光裝置的制造方法，參考圖2，示出了本發(fā)光裝置的 制造方法一實施方式的流程圖。所述發(fā)光裝置的制造方法包括Si，在襯底上依次形成發(fā)光二極管管芯以及第二電極；s2,圖形化所述襯底背面，露出發(fā)光二極管管芯，形成多個截頂錐形的襯底凸起；S3，填充襯底凸起之間的空隙，形成第一電極。參考圖5至圖11，示出了本發(fā)明發(fā)光裝置制造方法形成的發(fā)光裝置一實施例的側(cè) 面示意圖。下面結(jié)合附圖對各步驟進行詳細描述。對于步驟sl，參考圖3，示出了圖2所示步驟si —實施例的流程圖，所述步驟si 包括步驟Sll，提供襯底；步驟sl2，在所述襯底上形成N型摻雜的半導體層；步驟sl3，在所述N型摻雜的半導體層上形成有源層；步驟sl4，在所述有源層上形成P型摻雜的半導體層；步驟sl5，在所述P型摻雜的半導體層上形成第二電極。執(zhí)行步驟sll，所述襯底201為藍寶石襯底，即襯底201的材料為氧化鋁。執(zhí)行步驟sl2，采用金屬有機化合物化學氣相淀積(Metal-organicChemicalVapor Deposition, M0CVD)方法在襯底201上沉積N型摻雜的半導體材料，形成N 型摻雜的半導體層202，具體地，所述N型摻雜的半導體材料為N型氮化鎵。執(zhí)行步驟sl3，采用MOCVD方法在N型摻雜的半導體層202上沉積有源層材料，形 成有源層203，所述有源層203可以是單量子阱有源層，也可以是多量子阱有源層，具體地， 所述有源層203為氮化銦鎵的多量子阱有源層材料。執(zhí)行步驟sl4，如圖5所示，采用MOCVD方法在有源層上203形成P型摻雜的半導 體層204，所述P型摻雜的半導體層204的材料為P型氮化鎵。所述N型摻雜的半導體層 202、有源層203、P型摻雜的半導體層204構成發(fā)光二極管管芯。執(zhí)行步驟sl5，如圖6所示，采用MOCVD方法在P型摻雜的半導體層204上沉積第 二電極材料，形成第二電極205，具體地，第二電極205的材料為鎳或金。執(zhí)行步驟s2，較佳地，在圖形化所述襯底201之前，還包括對所述襯底201未設置 有發(fā)光二極管管芯的背面進行減薄處理，減薄后的襯底201厚度為20至50微米，所述減薄 處理減小了襯底201的厚度(如圖7所示)，便于進行后續(xù)圖形化處理。參考圖4，示出了圖2所示步驟s2 —實施例的流程圖，所述步驟s2包括步驟s21，在襯底的背面上形成硬掩模；步驟s22，以所述硬掩模為掩模蝕刻所述襯底的背面，直至露出發(fā)光二極管管芯；步驟s23，去除硬掩模，形成多個截頂錐形的襯底凸起。執(zhí)行步驟s21，如圖8所示，在襯底的背面沉積硬掩模材料，然后通過光刻和蝕刻 的方法將硬掩模材料圖形化，形成硬掩模206，具體地，所述硬掩模206的材料為二氧化硅。執(zhí)行步驟s22，如圖9所示，以所述硬掩模206為掩模，通過濕法腐蝕法，從襯底20 未設置有發(fā)光二極管管芯的背面開始蝕刻襯底201，直至露出發(fā)光二極管管芯中的N型摻 雜的半導體層202，具體地，對于特定晶向的襯底201，采用濕法腐蝕法進行各向異性腐蝕， 在襯底201上形成多個上開口大、底面窄的溝槽，例如，襯底為c晶向的藍寶石，采用硫酸和 磷酸的混合溶液對藍寶石襯底進行各向異性腐蝕；需要說明的是，所述濕法腐蝕法采用的溶液需對襯底201和硬掩模206具有較大 的選擇比，從而避免在蝕刻襯底201的同時腐蝕硬掩模206，具體地，所述襯底201為藍寶 石襯底(即氧化鋁)，所述硬掩模206為二氧化硅，采用硫酸和磷酸混合溶液蝕刻所述襯底 201，硫酸和磷酸的混合溶液對二氧化硅的腐蝕作用較小。執(zhí)行步驟s23，如圖10所示，通過氫氟酸溶液去除硬掩模206，由于對襯底蝕刻時， 采用各向異性腐蝕，形成了多個上開口大、底面窄的溝槽，所述溝槽之間形成多個截頂錐形 的襯底凸起209，所述襯底凸起209之間形成空隙210。對于步驟s2，較佳地，所述硬掩模206中多個硬掩模圖形之間的間距為10至50微 米，蝕刻所述襯底201時的蝕刻深度為20至50微米；從而使形成的襯底凸起209之間的間 距為10至50微米，所述襯底凸起209的高度為20至50微米。執(zhí)行步驟s3，向襯底凸起209之間的空隙填充導電材料，直至填滿所述空隙，以形 成第一電極207。具體地，所述導電材料包括鈦、金或鋁等導電金屬。為了實現(xiàn)第一電極207 和電源之間良好的電連接特性，較佳地，在填滿所述空隙之后，繼續(xù)沉積導電材料，形成位 于襯底上的導電層，所述導電層和填充于空隙間的導電材料形成的第一電極207，由于所述 導電層具有較大的接觸面，可以實現(xiàn)良好的電連接。從而形成了由第一電極207和襯底凸起209構成的反射襯底。至此，形成由反射襯底、位于反射襯底上的發(fā)光二極管管芯、位于發(fā)光二極管管芯 上的第二電極構成的發(fā)光二極管。所述發(fā)光裝置的制作方法還包括提供基座，所述基座包括裝配凹坑；按照第一 電極與裝配凹坑底面相連的倒裝方式，將發(fā)光二極管固定于基座的裝配凹坑底面。其中，所 述基座的裝配凹坑側(cè)壁與底面之間的角度為130° 150°，所述裝配凹坑的側(cè)壁可以反 射發(fā)光二極管發(fā)出的光，可以提高發(fā)光二極管的出光效率。所述基座采用散熱性能好的導 電材料，例如硅或鋁等；所述裝配凹坑的上開口尺寸為4微米，所述裝配凹坑的底面開口尺 寸為2微米。所述發(fā)光裝置的制作方法還包括形成覆蓋于第二電極上的透鏡結(jié)構，較佳地，形 成覆蓋于第二電極上、并填充于發(fā)光二極管和基座之間空隙的透鏡結(jié)構，所述透鏡結(jié)構可 以會聚發(fā)光二極管發(fā)出的光。所述發(fā)光裝置的制作方法還包括在透鏡結(jié)構上涂覆熒光粉，用于發(fā)出白光，例 如，發(fā)光二極管用于發(fā)出藍光，在透鏡結(jié)構上涂覆含Ce3+的YAG熒光粉，以發(fā)出白光。所述發(fā)光裝置的制造方法還包括設置連接基座和電源負極的第一引線、設置連接 第二電極和電源正極的第二引線等，與現(xiàn)有技術相同，不再贅述。至此，本發(fā)明的發(fā)光裝置即制作完成。本發(fā)明發(fā)光裝置的制造方法，制造工藝較為簡單。雖然本發(fā)明己以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領域技術 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應 當以權利要求所限定的范圍為準。
權利要求
一種發(fā)光二極管，其特征在于，包括反射襯底，位于所述反射襯底上的發(fā)光二極管管芯，其中，所述反射襯底朝向發(fā)光二極管管芯的一側(cè)形成有一個以上的截頂錐形反射凹坑。
2.如權利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述截頂錐形反射凹坑中填充有透 光件。
3.如權利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述截頂錐形反射凹坑的深度為20 至50微米。
4.如權利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述截頂錐形反射凹坑之間的間距 為10至50微米。
5.如權利要求2所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述透光件的材料包括氧化鋁。
6.一種包括權利要求1 5所述任意一發(fā)光二極管的發(fā)光裝置，其中，所述發(fā)光二極管 還包括位于發(fā)光二極管管芯上的第二電極，所述發(fā)光裝置還包括覆蓋于第二電極上的透鏡 結(jié)構。
7.如權利要求6所述的發(fā)光裝置，其中，所述發(fā)光裝置還包括覆蓋于透鏡結(jié)構上的熒 光粉。
8.如權利要求6所述的發(fā)光裝置，其中，還包括基座，發(fā)光二極管安裝于所述基座上。
9.如權利要求8所述的發(fā)光裝置，其中，所述基座包括用于安裝所述發(fā)光二極管的裝 配凹坑，所述裝配凹坑的側(cè)壁與裝配凹坑的底面之間的角度為130° 150°。
10.如權利要求9所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述透鏡結(jié)構還填充于所述發(fā)光二極 管和裝配凹坑的側(cè)壁之間的空隙中。
11.如權利要求10所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述發(fā)光裝置還包括覆蓋于透鏡結(jié) 構上的熒光粉。
12.一種發(fā)光裝置的制造方法，其特征在于，在襯底上依次形成發(fā)光二極管管芯以及第 二電極；圖形化所述襯底背面，露出發(fā)光二極管管芯，形成多個截頂錐形的襯底凸起；填充 襯底凸起之間的空隙，形成第一電極。
13.如權利要求12所述的發(fā)光裝置的制造方法，其特征在于，所述在襯底上依次形成 發(fā)光二極管管芯以及第二電極的步驟包括提供襯底；在所述襯底上形成N型摻雜的半導 體層；在所述N型摻雜的半導體層上形成有源層；在所述有源層上形成P型摻雜的半導體 層；在所述P型摻雜的半導體層上形成第二電極。
14.如權利要求12所述的發(fā)光裝置的制造方法，其特征在于，所述圖形化所述襯底背 面，露出發(fā)光二極管管芯，形成多個截頂錐形的襯底凸起的步驟包括在襯底的背面上形成 硬掩模；以所述硬掩模為掩模蝕刻所述襯底的背面，直至露出發(fā)光二極管管芯；去除硬掩 模，形成多個截頂錐形的襯底凸起。
15.如權利要求14所述的發(fā)光裝置的制造方法，其特征在于，所述襯底的材料為氧化 鋁，以所述硬掩模為掩模蝕刻所述襯底的背面的步驟包括，通過采用硫酸和磷酸混合溶液 的濕法腐蝕法蝕刻所述襯底的背面。
16.如權利要求14所述的發(fā)光裝置的制造方法，其特征在于，所述硬掩模的材料為二 氧化硅，去除硬掩模，形成多個截頂錐形的襯底凸起的步驟包括通過氫氟酸溶液去除硬掩 模。
17.如權利要求12所述的發(fā)光裝置的制造方法，其特征在于，填充襯底凸起之間的空 隙，形成第一電極的步驟包括向襯底凸起之間的空隙填充導電材料，至少填滿所述空隙。
18.如權利要求13所述的發(fā)光裝置的制造方法，其中，還包括形成至少覆蓋所述第二 電極的透鏡結(jié)構。
19.如權利要求18所述的發(fā)光裝置的制造方法，其中，還包括在透鏡結(jié)構上涂覆熒光粉。
全文摘要
一種發(fā)光二極管、發(fā)光裝置及其制造方法，其中所述發(fā)光二極管包括反射襯底，位于所述反射襯底上的發(fā)光二極管管芯，其中，所述反射襯底朝向發(fā)光二極管管芯的一側(cè)形成有一個以上的截頂錐形反射凹坑。一種包括所述發(fā)光二極管的發(fā)光裝置。發(fā)光二極管發(fā)出的光在截頂錐形反射凹坑的側(cè)壁上會發(fā)生反射，反射后的光可到達發(fā)光二極管的出光面，而提高了發(fā)光二極管的出光率。一種發(fā)光裝置的制造方法，在襯底上依次形成發(fā)光二極管管芯以及第二電極；圖形化所述襯底背面，露出發(fā)光二極管管芯，形成多個截頂錐形的襯底凸起；填充襯底凸起之間的空隙，形成第一電極。所述制造方法制造工藝較為簡單。
文檔編號H01L33/48GK101937967SQ201010285950
公開日2011年1月5日 申請日期2010年9月14日 優(yōu)先權日2010年9月14日
發(fā)明者張汝京, 肖德元 申請人:映瑞光電科技(上海)有限公司