專利名稱：一種垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于發(fā)光器件的制造領(lǐng)域，涉及一種發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)及其制造方法， 尤其涉及一種垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件及制造方法。
背景技術(shù)：
隨著LED (發(fā)光二極管)的發(fā)光效率不斷提高，LED無疑成為近幾年來最受重視的光源之一。LED是一種具有節(jié)能和環(huán)保特性的照明光源，集高光效、低能耗、低維護(hù)成本等優(yōu)良性能于一身。理論上預(yù)計(jì)，半導(dǎo)體LED照明燈具的發(fā)光效率可以達(dá)到甚至超過白熾燈的 10倍，日光燈的2倍。目前，LED技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)是高效率、全固態(tài)、環(huán)保型LED，推進(jìn)LED在照明領(lǐng)域的應(yīng)用。隨著LED照明產(chǎn)品功率與光效的提高，結(jié)構(gòu)和材料的選擇對(duì)LED的性能及使用壽命有決定性影響。當(dāng)前，GaN(氮化鎵)基LED有兩種基本結(jié)構(gòu)橫向結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)。近年來，垂直結(jié)構(gòu)LED已成為研究開發(fā)的重點(diǎn)。與傳統(tǒng)橫向的正裝、倒裝結(jié)構(gòu)LED相比，垂直結(jié)構(gòu)LED通過晶圓鍵合或者電鍍及激光剝離(LLO)等工藝相結(jié)合，將GaN基外延層從藍(lán)寶石襯底轉(zhuǎn)移到導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能良好的襯底材料上，使P、N電極上下分布，電流垂直注入，從而解決橫向結(jié)構(gòu)GaN基LED中由于電極平面分布，電流側(cè)向注入導(dǎo)致的如散熱不佳、電流分布不均等缺點(diǎn)ο請(qǐng)參閱圖1，其是一種具有鏡層的薄膜發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。公開號(hào)為 CN101809771A的中國(guó)專利申請(qǐng)公開了該具有鏡層的薄膜發(fā)光二極管，其包括勢(shì)壘層3，在勢(shì)壘層3之后的第一鏡層2，在第一鏡層2之后的層堆疊5和在層堆疊5之后的至少一個(gè)接觸結(jié)構(gòu)6。層堆疊5與接觸結(jié)構(gòu)6之間具有一反射層9。第一鏡層2之間具有一第二鏡層8。在層堆疊5具有至少一個(gè)有源層fe，所述有源層發(fā)射電磁輻射。接觸結(jié)構(gòu)6設(shè)置在輻射出射面4上并且具有接觸面7。勢(shì)壘層3通過連接層13固定在支承體14上。但是，接觸結(jié)構(gòu)6下方的有源層fe發(fā)出的垂直方向光線受到反射層9與第二鏡層8之間反射導(dǎo)致最終被電極所吸收，從而使外量子效率降低。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)與不足，提供一種提高外量子效率的垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件。本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件，包括一 LED 芯片和一支撐襯底。該LED芯片包括自上而下依序?qū)盈B設(shè)置的N電極、N電極反射層、氮化鎵N型層、量子阱、氮化鎵P型層、P電極和芯片鍵合層，該N電極和N電極反射層的面積小于該氮化鎵N型層的面積，該P(yáng)電極和芯片鍵合層在對(duì)應(yīng)N電極反射層正下方的投影區(qū)域具有一窗口，使該氮化鎵P型層在該窗口處外露。該支撐襯底對(duì)應(yīng)該窗口處具有一反射腔，該反射腔的底面具有一反光層。該LED芯片通過芯片鍵合層鍵合固定在該支撐襯底上， 且該反射腔的底面具有使垂直于N電極反射層的入射光線經(jīng)反射腔的底面反射后以非垂直于N電極反射層的角度射出的結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，該反射腔的底面為與該N電極反射層非平行的平面，或者該反射腔的底面為曲面，或者該反射腔的底面為與該N電極反射層平行的平面且表面粗糙。進(jìn)一步，該反射腔的底面剖面為弧形、或波浪形、或鋸齒形、或倒三角形。進(jìn)一步，該反射腔的底面還包括陣列凸起或粗糙的平面結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，該反射腔內(nèi)填充有高阻透明填充體。 進(jìn)一步，在氮化鎵N型層的上表面設(shè)置有多條N電極反射層，該多條N電極反射層相交于一交點(diǎn)且相鄰的N電極反射層之間的角度相等，N電極設(shè)置在N電極反射層的交點(diǎn)上表面，該反射腔設(shè)置在對(duì)應(yīng)多條N電極反射層正下方的投影區(qū)域。進(jìn)一步，該反光層的材料為鋁、銀、鉬、鈦、錫、銠、鈀或上述金屬的合金。進(jìn)一步，還包括一襯底鍵合層，該LED芯片的芯片鍵合層鍵合固定在該襯底鍵合層上。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的發(fā)光器件在N電極反射層正下方的支撐襯底上設(shè)置一反射腔，使N電極反射層正下方量子阱發(fā)出垂直方向的光線在反射腔底面反射后能夠使出射光的角度改變而避免被N電極反射層阻擋，進(jìn)而避免被電極吸收，提高外量子效率。為了能更清晰的理解本實(shí)用新型，以下將結(jié)合附圖說明闡述本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
。

圖1是現(xiàn)有的一種具有鏡層的薄膜發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例1的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例2的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光器件的俯視圖。圖4是圖3沿A-B方向的剖視圖。圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例3的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例4的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例5的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例6的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例7的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 請(qǐng)參閱圖2，其是本實(shí)用新型實(shí)施例1的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。該發(fā)光器件包括一 LED芯片100和一支撐襯底200，該LED芯片100設(shè)置在該支撐襯底200上。該LED芯片100自上而下依序設(shè)置N電極101、N電極反射層102、氮化鎵N型層 103、量子阱104、氮化鎵P型層105、P電極106和芯片鍵合層107。該N電極101的面積小于該氮化鎵N型層103的面積，該P(yáng)電極106和芯片鍵合層107在對(duì)應(yīng)N電極反射層102 正下方的投影區(qū)域具有一窗口 108，該氮化鎵P型層在該窗口處外露，且該窗口 108內(nèi)填充有高阻透明材料。該P(yáng)電極106同時(shí)具有反射光線的作用。[0028]該支撐襯底200的上表面設(shè)置一襯底鍵合層203。該LED芯片100的芯片鍵合層 107鍵合固定在該襯底鍵合層203上。該支撐襯底200對(duì)應(yīng)窗口 108處具有一反射腔201， 該反射腔201的底面具有一反光層202，該反射腔201內(nèi)填充有高阻透明材料。在本實(shí)施例中，該反射腔201為倒錐體，其剖面為倒等腰三角形。該LED芯片100發(fā)光時(shí)，該量子阱104發(fā)出的射線在該P(yáng)電極106的反射層處反射出光，同時(shí)，該量子阱104發(fā)出的射線在該N電極101下方的N電極反射層102反射垂直向下，然后在該反射腔201表面的反光層202處再次反射出上表面，從而避免了量子阱104 在N電極101對(duì)應(yīng)區(qū)域的發(fā)光反復(fù)垂直反射而被吸收。具體地，該支撐襯底200采用銅、鋁、硅、陶瓷等高熱導(dǎo)材料。若采用陶瓷等非導(dǎo)電材料時(shí)，其表面需設(shè)置一導(dǎo)電層。該N電極101采用鈦、鋁、金、鉻、鎳、銅、銀等金屬材料或者由這些金屬組成的合金材料。該N電極反射層102采用鋁、銀、鉬、鈀等高反射性金屬或者由這些金屬組成的合金材料。該P(yáng)電極106采用鈦、鋁、金、鎳、銀、鉬、鈀等高反射性金屬或者由這些金屬組成的合金材料。在窗口 108內(nèi)填充的高阻透明材料具體為二氧化硅、氧化銦錫(ITO)等折射率低于GaN的材料。該反射腔201內(nèi)的反光層202采用鋁、銀、鉬、鈀等高反射性金屬材料。該反射腔201內(nèi)填充的高阻透明材料同樣為二氧化硅、氧化銦錫(ITO)等折射率低于GaN的材料。該芯片鍵合層107與襯底鍵合層203的材料采用金、銀、鎳、銅、錫等高擴(kuò)散系數(shù)的金屬或者由這些金屬組成的合金材料。實(shí)施例2 請(qǐng)同時(shí)參閱圖4和圖5，其中，圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例2的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光器件的俯視圖，圖5是圖4沿A-B方向的剖視圖。本實(shí)施例的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例 1的大致相同，其區(qū)別僅在于在氮化鎵N型層103的上表面設(shè)置有多條N電極反射層102， 該多條N電極反射層102相交于交點(diǎn)且相鄰的N電極反射層102之間的角度相等。N電極 101設(shè)置在N電極反射層102的交點(diǎn)處。進(jìn)一步，反射腔201設(shè)置在對(duì)應(yīng)多條N電極反射層 102正下方的投影區(qū)域。該反射腔201為矩形，其底部具有波浪形結(jié)構(gòu)204的曲面，且反光層202設(shè)置在該波浪結(jié)構(gòu)204的上表面。該實(shí)施例2的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光器件是具體制造方法與實(shí)施例1所述的方法大致相同，其區(qū)別僅在于步驟S3 在支撐襯底200上形成反射腔201及反光層202。即提供一支撐襯底200，然后在支撐襯底200上表面形成一襯底鍵合層203。接著通過刻蝕工藝刻蝕襯底鍵合層203和支撐襯底200，在支撐襯底200的上部形成矩形的反射腔201，并通過腐蝕工藝在反射腔201的底部形成波浪形結(jié)構(gòu)204。接著通過濺射工藝在反射腔201的內(nèi)表面形成反光層202。最后在反射腔201內(nèi)注入高阻透明填充材料。實(shí)施例3 請(qǐng)參閱圖6，其是本實(shí)用新型實(shí)施例3的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1的大致相同，其區(qū)別僅在于該反射腔201的底面的剖面為弧形。實(shí)施例4 請(qǐng)參閱圖7，其是本實(shí)用新型實(shí)施例4的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1的大致相同，其區(qū)別僅在于該反射腔201的底面為與該N電極反射層102非平行的平面，該平面的表面光滑或者粗糙。實(shí)施例5 請(qǐng)參閱圖8，其是本實(shí)用新型實(shí)施例5的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1的大致相同，其區(qū)別僅在于該反射腔201 的底面的剖面為鋸齒形。實(shí)施例6 請(qǐng)參閱圖9，其是本實(shí)用新型實(shí)施例6的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1的大致相同，其區(qū)別僅在于該反射腔201的底面為與該N電極反射層102平行的平面，且該平面的表面粗糙，使垂直于該反射腔201的底面入射的光線經(jīng)該底面漫反射后非垂直于該N電極反射層出射。實(shí)施例7 請(qǐng)參閱圖10，其是本實(shí)用新型實(shí)施例7的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。 本實(shí)施例的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1的大致相同，其區(qū)別僅在于該反射腔201 的底面還包括陣列凸起206，使光線進(jìn)一步均勻發(fā)散。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型在N電極正下方的支撐襯底上設(shè)置一反射腔，并使反射腔的底面具有使垂直于N電極反射層的入射光線經(jīng)反射腔的底面反射后以非垂直于N 電極反射層的角度射出的結(jié)構(gòu)，使N電極反射層正下方量子阱發(fā)出垂直方向的光線能夠改變出射光的角度而避免被N電極反射層阻擋，進(jìn)而避免被電極吸收，提高外量子效率。本實(shí)用新型并不局限于上述實(shí)施方式，如果對(duì)本實(shí)用新型的各種改動(dòng)或變形不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍，倘若這些改動(dòng)和變形屬于本實(shí)用新型的權(quán)利要求和等同技術(shù)范圍之內(nèi)，則本實(shí)用新型也意圖包含這些改動(dòng)和變形。
權(quán)利要求1.一種垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件，其特征在于包括一 LED芯片和一支撐襯底，該LED芯片包括自上而下依序?qū)盈B設(shè)置的N電極、N電極反射層、氮化鎵N型層、量子阱、氮化鎵P型層、P電極和芯片鍵合層，該N電極和N電極反射層的面積小于該氮化鎵N型層的面積，該P(yáng) 電極和芯片鍵合層在對(duì)應(yīng)N電極反射層正下方的投影區(qū)域具有一窗口，使該氮化鎵P型層在該窗口處外露；該支撐襯底對(duì)應(yīng)該窗口處具有一反射腔，該反射腔的底面具有一反光層； 該LED芯片通過芯片鍵合層鍵合固定在該支撐襯底上，且該反射腔的底面具有使垂直于N 電極反射層的入射光線經(jīng)反射腔的底面反射后以非垂直于N電極反射層的角度射出的結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于該反射腔的底面為與該N電極反射層非平行的平面，或者該反射腔的底面為曲面，或者該反射腔的底面為與該N電極反射層平行的平面且表面粗糙。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光器件，其特征在于該反射腔的底面剖面為弧形、或波浪形、或鋸齒形、或倒三角形。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的發(fā)光器件，其特征在于該反射腔的底面還包括陣列凸起或粗糙的平面結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于該反射腔和窗口內(nèi)填充有高阻透明填充體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于在氮化鎵N型層的上表面設(shè)置有多條N電極反射層，該多條N電極反射層相交于一交點(diǎn)且相鄰的N電極反射層之間的角度相等，N電極設(shè)置在N電極反射層的交點(diǎn)上表面，該反射腔設(shè)置在對(duì)應(yīng)多條N電極反射層正下方的投影區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于還包括一襯底鍵合層，該LED芯片的芯片鍵合層鍵合固定在該襯底鍵合層上。
專利摘要一種垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件，包括一LED芯片和一支撐襯底。該LED芯片自上而下依序包括N電極、N電極反射層、氮化鎵N型層、量子阱、氮化鎵P型層、P電極和芯片鍵合層，該N電極和N電極反射層的面積小于該氮化鎵N型層的面積，該P(yáng)電極和芯片鍵合層在對(duì)應(yīng)N電極反射層正下方的投影區(qū)域具有一窗口，使該氮化鎵P型層在該窗口處外露。該支撐襯底對(duì)應(yīng)該窗口處具有一反射腔，該反射腔的底面具有一反光層。該LED芯片通過芯片鍵合層鍵合固定在該支撐襯底上，且底面具有使垂直于N電極反射層的入射光線經(jīng)反射腔的底面反射后以非垂直于N電極反射層的角度射出的結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的發(fā)光器件具有高外量子效率。
文檔編號(hào)H01L33/46GK202134571SQ20112018797
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月7日
發(fā)明者周玉剛, 曹建興, 王瑞珍, 肖國(guó)偉, 賴燃興 申請(qǐng)人:晶科電子(廣州)有限公司