專利名稱：具有改進的方向性的發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管(LED)器件及其制造方法，具體地涉及一種具有向外漸窄側(cè)壁的LED器件結(jié)構(gòu)，其中由與LED主襯底的材料不同的材料形成漸窄部分。
背景技術(shù)：
近年來，將發(fā)光二極管(LED)用作光源以代替用于通用照明和背光應(yīng)用的白熾燈和緊湊熒光燈(CFL)正變得越來越流行。LED具有比傳統(tǒng)光源更高效率并且使用無毒材料的優(yōu)勢。研究實驗室已經(jīng)報道了具有2001m/W效能的LED，而商用芯片目前產(chǎn)生約IOOlm/W。理論上，LED芯片的最大效能在300-4001m/W之間，因此仍然存在很多進一步改進的空間。
在約440-460nm發(fā)光的基于氮化銦鎵(InGaN)的藍(lán)光LED芯片典型地用于激發(fā)磷光層以產(chǎn)生白光LED。LED的總效率由其外量子效率(EQE)確定，EQE是內(nèi)量子效率(IQE)和光提取效率(LEE)的乘積。IQE由有源區(qū)的質(zhì)量確定，并且已經(jīng)報道了 85%以上的值。然而，LEE是基于氮化物的LED的主要問題。由于在GaN(η是約2.5)和空氣之間較大的折射率對比，所產(chǎn)生的光的主要部分難以逸出所述結(jié)構(gòu)，并且在半導(dǎo)體層本身內(nèi)波導(dǎo)導(dǎo)引，導(dǎo)致隨后被吸收。不包括任意特殊光提取特征的傳統(tǒng)LED芯片的LEE只是約25-30%。為了增加LEE，已經(jīng)采用了諸如圖案化藍(lán)寶石襯底、光子晶體、倒裝芯片安裝和芯片整形之類的方法，并且典型商用LED芯片的LEE值是約60-70%。
與LEE相關(guān)的另一問題是光的方向性。由于波導(dǎo)效應(yīng)，大于50%的光通過芯片的側(cè)壁逸出所述LED結(jié)構(gòu)。通過側(cè)壁逸出的光具有較高的概率被向下導(dǎo)引至封裝反射器，導(dǎo)致封裝反射率對于芯片LED的較強影響。因此，盡管LED芯片本身可以具有良好的LEE性質(zhì)，其較高比例的向下發(fā)射的特性將導(dǎo)致封裝反射率最終支配了芯片性能。因此，非常需要大多數(shù)的光直接向上發(fā)射。
圖1A示出了對于如插圖所示的典型平坦垂直側(cè)壁LED芯片的光逸出ρ側(cè)向上安裝的LED結(jié)構(gòu)(意味著將LED安裝到封裝上，并且LED結(jié)構(gòu)的ρ層背對這一封裝)的三種不同路徑:從頂部表面向上(A)、從側(cè)壁向上⑶以及從側(cè)壁向下(C)。在圖1B中，示出了具有典型的130 μ m厚藍(lán)寶石襯底的LED芯片的仿真遠(yuǎn)場光發(fā)射輪廓。注意:除非另有聲明，在樹脂密封環(huán)境下執(zhí)行所有仿真結(jié)果。觀察到了 C發(fā)射比大于總芯片發(fā)射的50%。通常，較厚的藍(lán)寶石襯底由于較大的側(cè)壁芯片面積將導(dǎo)致甚至更高的C發(fā)射比。
減小藍(lán)寶石厚度將減小C發(fā)射比，但是比100 μ m更薄的LED芯片變得在制造環(huán)境中難以處理。也可以通過使用去除藍(lán)寶石襯底的倒裝芯片P側(cè)向下(從而將所述LED安裝到封裝上，并且P層面朝這一封裝)安裝來減小側(cè)壁發(fā)射
。然而，這種工藝相比傳統(tǒng)p側(cè)向上安裝更加昂貴和復(fù)雜。
用于改變P側(cè)向上安裝的LED的方向性的另一種方法是襯底整形。圖2Α示出了三種不同的藍(lán)寶石襯底側(cè)壁輪 廓，并且在圖2Β中示出了所得到的計算遠(yuǎn)場光發(fā)射方向性。根據(jù)圖表，當(dāng)側(cè)壁向外漸窄時大大減小了 C發(fā)射，而對于向內(nèi)漸窄的側(cè)壁C發(fā)射增加。因此，向外漸窄的側(cè)壁將是用于減小C發(fā)射的最優(yōu)選結(jié)構(gòu)。
Krames等人在US6，323，063 (2001年11月27日)中描述了使用向內(nèi)漸窄(圖3A)和向外漸窄(圖3B)襯底結(jié)構(gòu)來改善光提取效率。通過對LED主襯底(將主襯底定義為生長外延層的襯底)進行整形獲得了作者描述的兩種結(jié)構(gòu)。如針對向內(nèi)漸窄結(jié)構(gòu)的圖2B所示，增加了通過C發(fā)射的光提取，如果封裝反射率較高(也就是>90%)這種結(jié)構(gòu)將更合適。然而，存在與生產(chǎn)具有非常高反射率的LED封裝相關(guān)聯(lián)的較高成本。對于向外漸窄結(jié)構(gòu)，大大減小了 C發(fā)射，因此如果封裝反射率不是太高，這種結(jié)構(gòu)是有利的。制造向外漸窄結(jié)構(gòu)將導(dǎo)致有源區(qū)的顯著損耗，因為浪費了漸窄藍(lán)寶石區(qū)域上的有源區(qū)(參考圖6A)。因此，制造這種結(jié)構(gòu)可能不是經(jīng)濟可行的。
在US5，087，949(1992年2月11日)(圖4)中，Haitz等人教導(dǎo)了一種在襯底的η側(cè)上形成V-凹槽的概念，并且隨后將LEDp側(cè)向下安裝。因此，利用這種方法，所述襯底具有向外漸窄形狀，但是在制造工藝中不會浪費有源區(qū)面積。但是，與P側(cè)向上結(jié)構(gòu)相比，P側(cè)向下安裝工藝的制造環(huán)境更為復(fù)雜。
在圖5Α中，Taskar等人(US2006/0255353，2006年11月16日)描述了使用高折射率層封裝整個LED芯片、接著在高折射率膜的頂部上沉積低折射率膜。高折射率膜/樹脂/環(huán)氧樹脂對于光提取更加有效，但是也比低折射率膜更加昂貴。通過將LED封裝在高折射率膜中，通過增加通過芯片側(cè)壁的C發(fā)射改善了光提取。因此，這種方法仍舊依賴于使封裝反射率較高以便實現(xiàn)總的高提取效率。圖5Β說明了這種情況下，使用高折射率材料(在圖5Β中描述為環(huán)境η = 1.7或2)來封裝LED將導(dǎo)致較大的側(cè)壁發(fā)射。
根據(jù)以上示例，明顯的是在現(xiàn)有技術(shù)中要求一種具有良好前向發(fā)射方向性的LED器件，而不會不利地影響制造成本。發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的器件和方法提供了一種ρ側(cè)向上安裝的LED芯片，通過使用與主襯底不同的材料來形成向外漸窄的側(cè)壁結(jié)構(gòu)而具有減小的C發(fā)射。這種方法不會導(dǎo)致LED芯片面積的浪費。如這里所使用的，將LED芯片定義為發(fā)光的半導(dǎo)體，包括其上形成所述半導(dǎo)體的襯底。另外如這里所使用的，將向外漸窄的側(cè)壁輪廓或向外漸窄的側(cè)壁結(jié)構(gòu)定義為底部面積比頂部 面積更大的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的器件和方法提供了一種具有良好前向發(fā)射方向性的LED結(jié)構(gòu)，其結(jié)果是改進的總光提取效率。根據(jù)本發(fā)明的器件和方法包括在主襯底上形成的向外漸窄側(cè)壁結(jié)構(gòu)，并且也描述了制造這種結(jié)構(gòu)的方法。
本發(fā)明的一個方面是讓所述LED具有向外漸窄的襯底結(jié)構(gòu)，并且使用與主襯底不同的材料或折射率來形成漸窄部分。所得到的LED芯片具有減小的C發(fā)射，而不會有LED有源區(qū)浪費。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，向外漸窄部分導(dǎo)致具有梯形形狀的LED芯片，但是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)不局限于梯形形狀，并且通?？梢圆捎萌我庑螤?。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，漸窄側(cè)壁部分的折射率與主襯底折射率之間的差距在0.1以內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，漸窄側(cè)壁部分的折射率至少比所述主襯底的折射率小0.1。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，漸窄側(cè)壁部分的折射率至少比所述主襯底的折射率小0.5。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，向外漸窄側(cè)壁的折射率可以由一系列不同折射率材料形成。
在本發(fā)明的還一個方面，向外漸窄側(cè)壁由從高折射率材料漸變至低折射率材料的一系列不同折射率的材料形成，從而將所述主襯底的折射率看作是高折射率材料。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，漸窄側(cè)壁部分是由環(huán)氧樹脂或樹脂圍繞的空氣隙形式。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于制造向外漸窄側(cè)壁的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的方法。所述方法包括:首先從晶片切割/分割單獨的具有直立側(cè)壁的LED芯片；沉積折射率匹配液體/樹脂膜以平面化所述LED結(jié)構(gòu)及其圍繞物；干法刻蝕所述結(jié)構(gòu)以平面化所述折射率匹配樹脂并實現(xiàn)所述折射率匹配樹脂的所需高度；如果需要，固化所述樹脂；使用斜角刀片或其他裝置對LED的側(cè)壁進行整形。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了用于制造向外漸窄側(cè)壁發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的另一種方法。所述方法包括:使類似于袋狀結(jié)構(gòu)的向外漸窄結(jié)構(gòu)形成于LED模塊封裝上。然后將具有直立側(cè)壁的傳統(tǒng)LED插入到這些袋中和折射率匹配樹脂中，所述折射率匹配樹脂用于接合LED和袋狀結(jié)構(gòu)并產(chǎn)生LED與袋狀結(jié)構(gòu)之間的緊密接觸。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種發(fā)光二極管LED包括:主襯底，由第一材料形成；在所述主襯底上形成的η型層；在所述η型層上形成的有源區(qū)；在所述有源區(qū)上形成的P型層；以及與所述主襯底相鄰地形成并且包括第二材料的層，所述第二材料與所述第一材料不同或者具有與所述第一材料的折射率不同的折射率，其中所述第二材料形成為具有向外漸窄的側(cè)壁輪廓。
根據(jù)本 發(fā)明的一個方面，所述第二材料的折射率與所述第一材料的折射率的差距在0.1以內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述第二材料的折射率至少比所述第一材料的折射率小0.1。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述第二材料的折射率至少比所述第一材料的折射率小0.5。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述LED還包括基底層，其中所述主襯底設(shè)置在所述基底層上，并且在將所述主襯底設(shè)置在所述基底層之前在所述基底層上預(yù)先形成所述第二材料。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述基底層和所述第二材料由相同材料或不同材料形成。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述第二材料的折射率由一系列不同折射率材料限定。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述第二材料由多種不同材料形成，所述多種不同材料中的每一種材料具有折射率，將所述多種不同材料從高折射率材料到低折射率材料地一個疊置在另一個上，并且其中將主襯底的折射率看作是高折射率材料。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述向外漸窄的側(cè)壁輪廓包括梯形形狀。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述第二材料由光學(xué)透明材料形成。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，第二材料的折射率在450nm處在1.6-1.8之間。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述向外漸窄的側(cè)壁輪廓包括由環(huán)氧樹脂或樹脂圍繞的空氣隙。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種形成LED器件的方法包括:將LED芯片安裝到LED封裝基底(14)上，所述LED芯片包括襯底⑴、η型層(2a)、有源區(qū)(3)和ρ型層(2b);在所述襯底上沉積透明層￠)，所述透明層是與所述LED芯片不同的材料或者具有與所述LED芯片的折射率不同的折射率；以及對所述透明層的側(cè)壁進行整形以形成向外漸窄的側(cè)壁輪廓。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述方法包括去除位于所述LED芯片上的那部分透明層。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，去除包括經(jīng)由刻蝕工藝去除所述部分。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，沉積所述透明層包括使用樹脂來形成所述透明層。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，沉積所述透明層包括固化所述透明層。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，安裝所述LED芯片包括將所述LED芯片安裝到犧牲襯底上。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，安裝所述LED芯片包括安裝單獨的LED芯片或者LED芯片的陣列。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，對所述側(cè)壁進行整形包括經(jīng)由機械工藝、光學(xué)工藝或刻蝕工藝進行整形。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種用于產(chǎn)生LED器件的方法包括:在LED封裝基底(14)上形成側(cè)壁結(jié)構(gòu)(13)，所述側(cè)壁結(jié)構(gòu)彼此間隔開，并且包括向外漸窄的側(cè)壁輪廓；以及將LED芯片插入到相鄰形成的側(cè)壁結(jié)構(gòu)之間，所述LED芯片包括非漸窄的側(cè)壁。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所 述方法包括在所述LED芯片和與所述LED芯片相鄰的側(cè)壁結(jié)構(gòu)之間沉積填充材料。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，沉積所述填充材料包括沉積樹脂，所述樹脂的折射率與所述LED芯片的LED主襯底或所述側(cè)壁結(jié)構(gòu)相匹配。
為了實現(xiàn)前述和相關(guān)目的，本發(fā)明包括下文中全面描述并且在權(quán)利要求中特別指出的特征。以下描述和附圖詳細(xì)闡述了本發(fā)明的一些說明性實施例。然而，這些實施例僅示意性描述了可以利用本發(fā)明原理的各種方式中的一些方式。當(dāng)結(jié)合附圖考慮時，根據(jù)本發(fā)明的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他目的、優(yōu)勢和新穎特征將變得清楚明白。


在附圖中，相似的參考符號表示類似的部件或特征:
圖1A和IB是說明了從LED的不同發(fā)射方向和每一個發(fā)射方向所得到的仿真遠(yuǎn)場光輪廓的示意圖2A和2B是不同藍(lán)寶石側(cè)壁結(jié)構(gòu)和通過光學(xué)仿真獲得的它們各自的遠(yuǎn)場發(fā)射輪廓的圖示；
圖3A和3B是已知的LED結(jié)構(gòu)；
圖4是另一種已知的LED結(jié)構(gòu)；
圖5A是再一種已知的LED結(jié)構(gòu)，圖5B是不同密封樹脂中的LED芯片得到的仿真遠(yuǎn)場光輪廓；
圖6A和6B是用于漸窄側(cè)壁LED器件的傳統(tǒng)制造工藝的示意圖7是根據(jù)實施例1的LED結(jié)構(gòu)的示范性截面圖8A至SC是本發(fā)明不同設(shè)計的示意圖和通過光學(xué)仿真獲得的LEE改進；
圖9是如實施例2所述的根據(jù)本發(fā)明的另一個版本的示范性器件的截面圖10是根據(jù)本發(fā)明實施例3的示范性LED結(jié)構(gòu)的示意圖1lA和IlB是根據(jù)本發(fā)明實施例4的LED示意圖及其遠(yuǎn)場發(fā)射輪廓；
圖12A至12E是說明了根據(jù)本發(fā)明實施例5的制造發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的方法的截面圖；以及
圖13A至13C是說明了根據(jù)本發(fā)明實施例6的制造發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的方法的截面圖。
具體實施方式
根據(jù)本發(fā)明的器件和方法提供了一種具有良好前向發(fā)射特性的LED器件。所述LED結(jié)構(gòu)包括襯底區(qū)域上向外漸窄的輪廓，并且所述漸窄區(qū)域由與主襯底的材料(例如，第一材料)不同的材料(例如，第二材料)制成，或者具有與主襯底不同的折射率。這種方法不會導(dǎo)致如在傳統(tǒng)方法的情況那樣的LED材料浪費。將通過實施例的描述詳述根據(jù)本發(fā)明的器件和方法，其中貫穿全文，相似的參考數(shù)字用于表示相似的元件。
根據(jù)本發(fā)明，無需不利地影響可使用的有源芯片面積就可以實現(xiàn)具有高前向發(fā)射對后向發(fā)射比率的LED。如圖1A和IB所示，LED芯片的性能可能受到封裝反射率的強烈影響。在具有直立側(cè)壁的傳統(tǒng)LED芯片中，大于50%的光通過向下C發(fā)射從芯片的側(cè)壁逸出。考慮到傳統(tǒng)LED芯片的封裝反射率只在60-85%之間，向下發(fā)射量將對于總LED封裝效率具有強烈的影響。因此，具 有小向下發(fā)射比的LED芯片將是優(yōu)選的，因為封裝反射率對于總封裝芯片效率將具有較小影響。從圖2A和2B明顯的是向外漸窄側(cè)壁是用于實現(xiàn)所需結(jié)果的最佳方法。
圖6A示出了 LED器件結(jié)構(gòu)的示例，所述LED器件結(jié)構(gòu)包括襯底l、n型層2a、有源區(qū)3和ρ型層2b。最初在大面積襯底上制造LED器件，然后分割為單獨的LED芯片(圖6A中的LED)。為了形成在現(xiàn)有技術(shù)中描述的LED芯片(圖6B)的向外漸窄結(jié)構(gòu)4，通過使用切割機或隱身(stealth)/燒蝕激光對藍(lán)寶石襯底進行整形，導(dǎo)致區(qū)域5中芯片面積的損耗。因此，將浪費區(qū)域3a上的LED芯片面積。因此，產(chǎn)生具有現(xiàn)有技術(shù)中描述的向外漸窄結(jié)構(gòu)的LED芯片不是經(jīng)濟可行的。
所述向外漸窄部分可以是梯形形狀的形式，但是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)不局限于梯形形狀，通?？梢圆捎萌我庑螤?。在一個實施例中，漸窄側(cè)壁部分(例如第二材料)的折射率與所述主襯底(例如第一材料)的折射率的差距在0.1以內(nèi)。在另一個實施例中，所述漸窄側(cè)壁部分的折射率至少比所述主襯底的折射率小0.1，或者至少比所述主襯底的折射率小0.5。
實施例1:
圖7說明了根據(jù)本發(fā)明第一實施例(實施例1)的示范性器件結(jié)構(gòu)。所述結(jié)構(gòu)6(也稱為層6)的向外漸窄部分由與主襯底(第一材料)不同的材料(第二材料)形成。所述向外漸窄區(qū)域的尖端可以比所述LED芯片更高、更低或類似。所述LED封裝7的反射器基底是典型地安裝所述LED的假想層。所述向外漸窄部分6的折射率理想地與所述主襯底類似(藍(lán)寶石的折射率在450nm是約1.77)?？梢允褂玫脑撜凵渎史秶耐该鞑牧系氖纠⊿iOxNy, Optindex D54, Norland粘合劑或其他材料。然而,該材料也可以比主材料具有更低折射率。需要注意的是本發(fā)明的方法具有與圖5A所述的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)明顯不同的概念。用高折射率材料封裝LED的方法導(dǎo)致了較高的C發(fā)射，但是本發(fā)明的概念通過在LED芯片上對向外漸窄結(jié)構(gòu)的整形抑制了 C發(fā)射。
圖8示出了兩種不同的側(cè)壁輪廓的示例，其中與圖SB (設(shè)計2)的較寬側(cè)壁漸窄結(jié)構(gòu)9相比，圖8A(設(shè)計1)的結(jié)構(gòu)具有較小的漸窄結(jié)構(gòu)。插圖示出了兩種結(jié)構(gòu)的3D圖像。為了說明目的，使得向外漸窄部分8和9的折射率與主襯底類似。通常，由于進一步減小的C發(fā)射，較寬的側(cè)壁漸窄結(jié)構(gòu)將改善光提取效率。在圖8C中示出了仿真結(jié)果。仿真結(jié)果示出了相對于圖1A所述的具有直立側(cè)壁的LED結(jié)構(gòu)的光提取效率改進。仿真結(jié)果還包括針對封裝7反射率的不同值的結(jié)果。圖SC說明了可以從兩種結(jié)構(gòu)預(yù)期的光提取效率改進，并且由于較寬的側(cè)壁漸窄結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致從設(shè)計2獲得比設(shè)計I更好的改進。漸窄結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化依賴于芯片尺寸和襯底厚度。
實施例2:
圖9是根據(jù)本發(fā)明第二實施例(實施例2)的說明。對于這種結(jié)構(gòu)，所述向外漸窄結(jié)構(gòu)由一系列具有不同折射率的材料(即多種材料)形成。作為示例，層10將具有與主襯底I類似或更低的折射率，層11具有比層10更低的折射率，而層12的比層11更低(從高折射率材料到低折射率材料將一種材料疊置在另一種上)。在這種結(jié)構(gòu)中可以使用任意個數(shù)的層用于所述向外漸窄部分，形成折射率的任意組合。折射率不需要是漸變的或者遵循特定的趨勢。理論上，通過將朝著所述結(jié)構(gòu)外的方向?qū)⒄凵渎蕪母叩降蜐u變可以改善LEE。
實施例3:
圖10是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例(實施例3)的說明。對于這種結(jié)構(gòu)，將所述向外漸窄結(jié)構(gòu)在所述LED封裝或反射器一側(cè)上外部地形成，所述LED封裝包括由第一材料形成的基底和由第二材料形成的漸窄結(jié)構(gòu)。這種方法具有不必對LED側(cè)壁進行整形的附加優(yōu)勢，因此簡化了制造工藝。代替在LED芯片上形成所述向外漸窄部分，在所述LED模塊的封裝基底14(也稱為基底層)上與預(yù)先形成所述向外漸窄結(jié)構(gòu)13，例如作為袋狀柱(例如，其中可以插入LED封裝的預(yù)先形成的側(cè)壁——在將主襯底設(shè)置在基底層上之前，預(yù)先形成包括第二材料的側(cè)壁)。在大功率LED模塊的情況下，在所述封裝基底上形成一系列的袋。所述袋結(jié)構(gòu)的高度并不必須與所述LED的芯片高度類似。所述漸窄的側(cè)壁13理想上是透明的，并且可以由與封裝基底14相同或不同的材料形成(例如，所述第二材料可以是與基底層相同或不同的材料)。優(yōu)選的是將在450nm處在1.6-1.8之間的高折射率材料用于漸窄的側(cè)壁13，但是所述高折射率也可以是其他值。多種方法可以用于形成這些結(jié)構(gòu)，例如塑料鑄模技術(shù)。然后可以將所述LED芯片插入到這些袋中(例如將主襯底設(shè)置在基底層上)、接著可以沉積樹脂以填充LED和袋側(cè)壁之間的可能間隙、然后在這兩種材料之間進行緊密接合。該實施例受益于不必處理已經(jīng)切割/分割成單獨LED芯片的LED芯片。
實施例4:
圖1lA是根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的說明。對于這種結(jié)構(gòu)，所述向外漸窄結(jié)構(gòu)15是一種空氣袋區(qū)域，其典型地由LED環(huán)氧樹脂或樹脂16包圍。不需要按照向外漸窄方式對所述空氣袋區(qū)域進行整形，并且所述空氣袋區(qū)域通?？梢允侨我庑螤畹?，并且由諸如層16之類的不同折射率材料圍繞。圖1lB將針對該實施例的遠(yuǎn)場光發(fā)射輪廓與傳統(tǒng)LED結(jié)構(gòu)進行了比較。根據(jù)圖表，減小了 C發(fā)射，進而實現(xiàn)了前向發(fā)射的改進。
實施例5:
將描述針對實施例1的根據(jù)本發(fā)明的制造方法。應(yīng)該注意的是附圖沒有按比例繪制。然而，所述的方法順序并不表示對于各個芯片的完整制造工藝，而是表示與根據(jù)本發(fā)明的方法密切相關(guān)的工藝。
參考圖12A，所述工藝開始于切割/分割所述LED晶片，所述LED晶片包括藍(lán)寶石襯底la、η型層2a、有源區(qū)3和ρ型層2b。所需的是在分割工藝之前在所述LED晶片上形成所有的臺式結(jié)構(gòu)和P、η電極。這是標(biāo)準(zhǔn)工藝，并且因此將不再描述。偷竊或消融激光是用于切割藍(lán)寶石襯底的典型方法。
在圖12Β中，使用樹脂將分割的LED芯片安裝到LED封裝基底7上。可以針對單個的LED芯片或形成陣列的一系列LED芯片執(zhí)行安裝工藝，如在大功率LED模塊的情況下那樣。注意，也可以將所述LED芯片安裝到犧牲襯底上以便輔助側(cè)壁形成工藝，并且隨后可以去除所述LED芯片。
參考圖12C，然后將填充材料(例如透明高折射率液體/樹脂)沉積(例如旋涂)到襯底上，以形成透明層，透明層是與LED芯片不同的材料，或具有與LED芯片的折射率不同的折射率。由于旋涂工藝的特質(zhì)，整個結(jié)構(gòu)將是半平面化的，并且LED芯片17a上面的樹脂厚度將比反射器基底17正上方的樹脂薄得多。在圖12D中，將所述結(jié)構(gòu)暴露到干法或濕法刻蝕工藝以去除LED芯片上的樹脂部分17a?？梢栽谶@一階段固化樹脂以使其更加穩(wěn)定和耐用。
參考圖12E，然后對所述LED芯片的側(cè)壁進行整形以形成向外漸窄結(jié)構(gòu)17b?？梢詫ο蛲鉂u窄結(jié)構(gòu)17b使用斜角形刀片進行機械整形(即機械工藝)，或進行諸如隱形/燒蝕切割的激光切割工藝(即光學(xué)工藝)。也可以在形成結(jié)構(gòu)17b時使用干法/濕法刻蝕工藝。
實施例6:
該實施例描述了實施例3的制造方法，其中在LED封裝基底上形成側(cè)壁結(jié)構(gòu)，所述側(cè)壁結(jié)構(gòu)彼此間隔開。參考圖13A，準(zhǔn)備具有預(yù)先形成的向外漸窄結(jié)構(gòu)18(例如，預(yù)先形成的側(cè)壁)的LED封裝14，向外漸窄結(jié)構(gòu)18類似于袋狀結(jié)構(gòu)。這些袋可以是任意高度的，但是優(yōu)選地與LED芯片高度類似。例如，大功率LED模塊可以包括50個LED芯片，因此在LED模塊封裝上形成50個袋狀結(jié)構(gòu)。然后，將具有直立側(cè)壁的傳統(tǒng)LED芯片(例如非漸窄側(cè)壁、平行側(cè)壁等)插入或安裝到這些袋結(jié)構(gòu)中，如圖13B所示。然后可以使用引線接來連接模塊中的LED。這一工藝不會導(dǎo)致LED芯片和袋之間的緊密接觸，因此可以沉積樹脂19(優(yōu)選地，樹脂19的折射率與LED主襯底Ia或預(yù)先形成的側(cè)壁18相匹配)以填充它們之間的任意間隙/孔洞(圖13C)。在不需要對處理后的LED芯片整形的情況下實現(xiàn)了具有向外漸窄側(cè)壁的LED。
盡管已經(jīng)相對于一定的優(yōu)選實施例示出和描述了本發(fā)明。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在閱讀和理解說明書時，明顯可以想到各種等同和改進。本發(fā)明包括所有的這些等同和改進，并且只由所附權(quán)利要求的范圍限制本發(fā)明。
工業(yè)應(yīng)用件
因此，本發(fā)明提供了一種具有向外漸窄結(jié)構(gòu)的LED器件，導(dǎo)致更高的前向?qū)笙虬l(fā)射比。按照不會損耗有源LED面積的方式形成所述漸窄結(jié)構(gòu)，從而不會不利地影響制造成本。本發(fā)明還提供了產(chǎn)生所述LED器 件的兩種方法。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管LED,包括: 主襯底(I)，由第一材料形成； 在所述主襯底上形成的η型層(2a)； 在所述η型層上形成的有源區(qū)(3)； 在所述有源區(qū)上形成的P型層(2b);以及 與所述主襯底相鄰地形成并且包括第二材料的層￠)，所述第二材料與所述第一材料不同或者具有與所述第一材料的折射率不同的折射率，其中所述第二材料形成為具有向外漸窄的側(cè)壁輪廓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED，其中所述第二材料(6)的折射率與所述第一材料的折射率的差距在0.1以內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項所述的LED，其中所述第二材料(6)的折射率至少比所述第一材料的折射率小0.1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項所述的LED，其中所述第二材料￠)的折射率至少比所述第一材料的折射率小0.5。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項所述的LED，還包括基底層(14)，其中所述主襯底(I)設(shè)置在所述基底層上，并且在將所述主襯底設(shè)置在所述基底層之前在所述基底層上預(yù)先形成所述第二材料(13)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的LED，其中所述基底層(14)和所述第二材料出，13)由相同材料或不同材料形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項所述的LED，其中所述第二材料出，13)的折射率由一系列不同折射率材料限定。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項所述的LED，其中所述第二材料出，13)由多種不同材料形成，所述多種不同材料中的每一種材料具有折射率，將所述多種不同材料從高折射率材料到低折射率材料地一個疊置在另一個上，并且其中將主襯底的折射率看作是高折射率材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項所述的LED，其中所述向外漸窄的側(cè)壁輪廓包括梯形形狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項所述的LED，其中所述第二材料￠)由光學(xué)透明材料形成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項所述的LED，其中所述第二材料￠)的折射率在450nm處在1.6-1.8之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項所述的LED，其中所述向外漸窄的側(cè)壁輪廓包括由環(huán)氧樹脂或樹脂圍繞的空氣隙。
13.—種形成LED器件的方法，包括: 將LED芯片安裝到LED封裝基底(14)上，所述LED芯片包括襯底(I)、n型層(2a)、有源區(qū)(3)和P型層(2b)； 在所述襯底上沉積透明層￠)，所述透明層是與所述LED芯片不同的材料或者具有與所述LED芯片的折射率不同的折射率；以及 對所述透明層的側(cè)壁進行整形以形成向外漸窄的側(cè)壁輪廓。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括去除所述透明層的位于所述LED芯片上的部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中去除包括經(jīng)由刻蝕工藝去除所述部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求13-15中任一項所述的方法，其中沉積所述透明層包括使用樹脂來形成所述透明層。
17.根據(jù)權(quán)利要求13-15中任一項所述的方法，其中沉積所述透明層包括固化所述透明層。
18.根據(jù)權(quán)利要求13-15中任一項所述的方法，其中安裝所述LED芯片包括將所述LED芯片安裝到犧牲襯底上。
19.根據(jù)權(quán)利要求13-15中任一項所述的方法，其中安裝所述LED芯片包括安裝單獨的LED芯片或者LED芯片的陣列。
20.根據(jù)權(quán)利要求13-15中任一項所述的方法，其中對所述側(cè)壁進行整形包括經(jīng)由機械工藝、光學(xué)工藝或刻蝕工藝進行整形。
21.一種用于產(chǎn)生LED器件的方法，包括: 在LED封裝基底(14)上形成側(cè)壁結(jié)構(gòu)(13)，所述側(cè)壁結(jié)構(gòu)彼此間隔開，并且包括向外漸窄的側(cè)壁輪廓；以 及 將LED芯片插入到相鄰形成的側(cè)壁結(jié)構(gòu)之間，所述LED芯片包括非漸窄的側(cè)壁。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括在所述LED芯片和與所述LED芯片相鄰的側(cè)壁結(jié)構(gòu)之間沉積填充材料。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中沉積所述填充材料包括沉積樹脂，所述樹脂的折射率與所述LED芯片的LED主襯底或所述側(cè)壁結(jié)構(gòu)相匹配。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種發(fā)光二極管(LED)，所述發(fā)光二極管包括由第一材料形成的主襯底(1)；在所述主襯底上形成的n型層(2a)；在所述n型層上形成的有源區(qū)(3)；以及在所述有源區(qū)上形成的p型層(2b)。與所述主襯底相鄰地形成層(6)，并且所述層(6)包括第二材料，所述第二材料不同于所述第一材料，或者具有與所述第一材料的折射率不同的折射率。另外，將所述第二材料形成為具有向外漸窄的側(cè)壁輪廓。
文檔編號H01L33/20GK103219441SQ20131002255
公開日2013年7月24日 申請日期2013年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月23日
發(fā)明者陳偉新, 邁克爾·約翰·布洛克林, 瓦萊里·貝里曼-博斯奎特 申請人:夏普株式會社