專利名稱：發(fā)光二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光領(lǐng)域，尤其涉及一種發(fā)光二極管及其制造方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED，Light Emitting Diode)由于具有壽命長(zhǎng)、耗能低等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用 于各種領(lǐng)域，尤其隨著其照明性能指標(biāo)日益大幅提高，LED在照明領(lǐng)域常用作發(fā)光裝置。在公告號(hào)為CN100461472C的中國(guó)專利中公開(kāi)了一種發(fā)光二極管，參考圖1，示出 了所述專利發(fā)光二極管一實(shí)施例的示意圖，所述發(fā)光二極管包括襯底101、位于襯底101 上的二氧化硅層102、位于二氧化硅層102上的緩沖層103、位于緩沖層103上的多量子阱 有源層104、位于多量子阱有源層104上的限制層105、位于限制層105上的包層106以及 位于包層106上的接觸層107，其中所述二氧化硅層102包括相互平行、寬度漸變的第一三 角形二氧化硅層和第二三角形二氧化硅層，所述第一三角形二氧化硅層和第二三角形二氧 化硅層是通過(guò)先沉積二氧化硅材料，然后沿二氧化硅材料的(011)晶向光刻并腐蝕而得到 的；所述多量子阱層104是在選擇區(qū)域形成的，并且所述多量子阱層104是通過(guò)化學(xué)氣相沉 積方法形成的金屬有機(jī)物，可作為增益介質(zhì)，在使發(fā)光二極管在大的輸出光功率下仍然保 持較寬的輸出光譜范圍。上述專利的技術(shù)方案中，發(fā)光二極管可同時(shí)實(shí)現(xiàn)寬光譜、大功率的特性，但是由于 多量子阱有源層發(fā)出的光需要經(jīng)過(guò)限制層、包層等才能到達(dá)出光面，光透過(guò)率較低，造成發(fā) 光二極管的光利用率較低。尤其對(duì)于襯底為透光材料的發(fā)光二極管，多量子阱有源層發(fā)出的光還會(huì)經(jīng)過(guò)透光 襯底從發(fā)光二極管背面出射，進(jìn)一步造成發(fā)光二極管的光利用率較低。隨著人們環(huán)保節(jié)能意識(shí)的增強(qiáng)，如何提高發(fā)光二極管的光利用率，使發(fā)光二極管 具有高亮度、低功耗的特點(diǎn)，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種發(fā)光二極管，提高發(fā)光二極管的光利用率。一種發(fā)光二極管，包括碳化硅襯底；依次位于碳化硅襯底上方的緩沖層、有源 層、帽層；所述發(fā)光二極管還包括多個(gè)一種發(fā)光二極管，包括碳化硅襯底；依次位于碳化 硅襯底上方的緩沖層、有源層、帽層；所述發(fā)光二極管還包括多個(gè)溝槽，所述溝槽的深度至 少自所述帽層延伸至緩沖層頂部；所述發(fā)光二極管還包括位于所述溝槽內(nèi)的透光元件。還包括位于所述碳化硅襯底下方的散熱層。所述溝槽側(cè)壁與溝槽底部夾角為120° 150°。所述透光元件在發(fā)光二極管光出射方向上包括透鏡結(jié)構(gòu)。還包括位于帽層上方的接觸層。所述接觸層在發(fā)光二極管的光出射方向上包括透鏡結(jié)構(gòu)。還包括第一電極，其中，所述接觸層包括多個(gè)透鏡結(jié)構(gòu)，第一電極位于接觸層上、處于透鏡結(jié)構(gòu)之間，所述第一電極包括用于連接電源正極的第一電極連接端。所述透光元件的透鏡結(jié)構(gòu)在光出射方向上涂敷有熒光粉。所述接觸層的透鏡結(jié)構(gòu)在光出射方向上涂敷有熒光粉。

相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種發(fā)光二極管的制造方法，包括提供碳化硅襯底；在所 述碳化硅襯底上方依次形成緩沖層、有源層、帽層；形成至少自帽層延伸至緩沖層頂部的溝 槽；向溝槽內(nèi)填充透光材料。所述緩沖層包括N型摻雜的氮化鎵；有源層包括多量子阱有源層，所述多量子阱 有源層包括氮化銦鎵；所述帽層包括P型摻雜的氮化鎵。所述緩沖層包括N型摻雜的氮化鋁鎵；有源層包括P型摻雜的氮化鋁鎵，所述帽層 包括P型摻雜的氮化鎵。還包括在所述碳化硅襯底上方依次形成緩沖層、有源層、帽層之后，在所述碳化硅 襯底下方形成散熱層，所述散熱層的材料包括鈦、鋁、銀、金及其合金中的任意一種。還包括在形成帽層之后，形成溝槽之前，在帽層上形成接觸層，所述接觸層包括P 型摻雜的氮化鎵。還包括在形成帽層之后，形成溝槽之前，在帽層上形成接觸層，所述接觸層包括P 型摻雜的氮化鋁鎵。在形成接觸層之后，在接觸層上形成透鏡結(jié)構(gòu)。在接觸層上形成透鏡結(jié)構(gòu)的步驟包括在接觸層上通過(guò)光刻形成多個(gè)圓形光刻膠 臺(tái)；對(duì)所述圓形光刻膠臺(tái)在150°C 200°C溫度下烘烤，使所述圓形光刻膠臺(tái)成為球冠狀光 刻膠；以所述球冠狀光刻膠為掩膜，離子束刻蝕所述接觸層形成透鏡結(jié)構(gòu)。向溝槽內(nèi)填充透光材料，在溫度為150°C 200°C范圍內(nèi)，高溫烘烤所述透光材 料，使所述透光材料的頂部呈透鏡結(jié)構(gòu)，形成包括透鏡結(jié)構(gòu)的透光元件。所述透光材料為環(huán)氧樹(shù)脂。接觸層包括多個(gè)透鏡結(jié)構(gòu)，在填充透光材料之后，在接觸層上、透鏡結(jié)構(gòu)之間形成 包括第一電極連接端的第一電極。還包括在接觸層的透鏡結(jié)構(gòu)上涂敷熒光粉。還包括在透光元件的透鏡結(jié)構(gòu)上涂敷熒光粉。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)所述發(fā)光二極管還包括多個(gè)溝槽，所述溝 槽的深度延伸至緩沖層；以及填充于所述溝槽內(nèi)的透光元件，有源層發(fā)出的光可以通過(guò)透 光元件到達(dá)發(fā)光二極管的出光面，由于透光元件的光透過(guò)率較高，所以，所述發(fā)光二極管的 光利用率較高。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)發(fā)光二極管一實(shí)施例的示意圖；圖2是本發(fā)明發(fā)光二極管一實(shí)施例的示意圖；圖3是圖2所示第一電極一實(shí)施例的示意圖；圖4是本發(fā)明發(fā)光二極管制造方法一實(shí)施方式的流程示意圖；圖5至圖10是本發(fā)明發(fā)光二極管制造方法的一實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為 使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明 的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。如背景技術(shù)所說(shuō)，現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)光二極管由于位于有源層上方的多層膜結(jié)構(gòu)透光 率較低，造成發(fā)光二極管光利用率不高的問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管包括碳化硅襯底； 依次位于碳化硅襯底上方的緩沖層、有源層、帽層；深度延伸至緩沖層的溝槽以及填充于所 述溝槽內(nèi)的透光元件，其中，有源層發(fā)出的光經(jīng)過(guò)所述透光元件到達(dá)發(fā)光二極管的出光面， 由于所述透光元件的光透過(guò)率較高，提高了所述發(fā)光二極管的光利用率。參考圖2，示出了本發(fā)明發(fā)光二極管一實(shí)施例的示意圖，所述發(fā)光二極管為以碳化 硅為襯底的發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管為氮化鎵基的藍(lán)光二極管，包括散熱層301，位于碳化硅襯底302的底部。由于碳化硅襯底302導(dǎo)熱性不好，散熱 層301用于將碳化硅襯底302附近的熱傳導(dǎo)出去，避免碳化硅襯底302過(guò)熱而影響發(fā)光二 極管正常發(fā)光。依次位于碳化硅襯底302上方的緩沖層303、有源層304和帽層305，所述緩沖層 303、有源層304和帽層305構(gòu)成發(fā)光二極管的管芯。接觸層306，位于帽層305上方，用于實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管的管芯與電極的電連接，所 述接觸層306在發(fā)光二極管的光出射方向上具有多個(gè)透鏡結(jié)構(gòu)。所述發(fā)光二極管包括多個(gè)溝槽，所述溝槽延伸至緩沖層303，所述溝槽側(cè)壁與溝槽 底部夾角θ為120° 150°。較佳地，所述夾角θ為135°。所述發(fā)光二極管還包括填充于所述溝槽內(nèi)的透光元件309，由于溝槽延伸至緩沖 層303，所以透光元件309延伸至緩沖層303，那么位于緩沖層303上的有源層304發(fā)出的 光可通過(guò)透光元件309到達(dá)發(fā)光二極管的出光面，由于透光元件309由透光材料制成具有 高透光率，例如，從有源層A點(diǎn)發(fā)出的光，通過(guò)透光元件309到達(dá)出光面的D點(diǎn)，從而提高了 發(fā)光二極管的光利用率，具體地，所述透光元件的材料包括環(huán)氧樹(shù)脂。此外，由于溝槽側(cè)壁與溝槽底部夾角θ為120° 150°，所以所述透光元件309 的側(cè)壁與底面夾角為120° 150°，所述透光元件309的側(cè)壁可將有源層304發(fā)出的光反 射到發(fā)光二極管的出光面，例如，從有源層A點(diǎn)發(fā)出的光，投射到透光元件309側(cè)壁上的點(diǎn) B，之后經(jīng)側(cè)壁反射后到達(dá)出光面的C點(diǎn)。從而進(jìn)一步提高了發(fā)光二極管的光利用率。較佳地，所述透光元件309在發(fā)光二極管的出光面上也包括透鏡結(jié)構(gòu)。接觸層306和透光元件309在發(fā)光二極管出光面上的透鏡結(jié)構(gòu)用于會(huì)聚光線，可 以提高發(fā)光二極管的亮度。所述發(fā)光二極管還包括第一電極310、所述第一電極包括第一電極連接端307，其 中，第一電極310設(shè)置于接觸層306上、位于透鏡結(jié)構(gòu)之間，第一電極連接端307用于連接 電源正極，較佳地，所述第一電極310包括至少兩個(gè)第一電極連接端307，確保第一電極與 電源正極的電連接，以提高發(fā)光二極管的可靠性。參考圖3，示出了圖2所述第一電極的水平截面示意圖。其中，第一電極310圍繞 透鏡結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電連接，通過(guò)第一電極連接端307與電源正極相連。所述發(fā)光二極管還包括涂敷于接觸層306的透鏡結(jié)構(gòu)和/或透過(guò)光元件309的透鏡結(jié)構(gòu)上的熒光粉(圖未示)，所述熒光粉包括摻雜鈰的釔鋁石榴石(Ce3+ = YAG)，用于獲得 白光。所述發(fā)光二極管用于發(fā)光時(shí)，將第一電極連接至電源的正電極、通過(guò)散熱層連接 至電源的負(fù)電極。發(fā)光二極管管芯通過(guò)接觸層、第一電極的第一電極連接端與電源正電極 相連，通過(guò)碳化硅襯底、散熱層與電源負(fù)電極相連。發(fā)光二極管管芯中的有源層在電流作 用下發(fā)光，有源層發(fā)出的光一方面透過(guò)透光元件到達(dá)發(fā)光二極管管的出光面提高了光利用率。此外，位于出光面的透鏡結(jié)構(gòu)可以會(huì)聚光線，提高了發(fā)光二極管的亮度。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種發(fā)光二極管的制造方法，參考圖4，示出了本發(fā)明發(fā)光 二極管制造方法一實(shí)施方式的示意圖，包括以下步驟sl，提供碳化硅襯底；s2，在所述碳化硅襯底上方依次形成緩沖層、有源層、帽層； S3，形成至少自所述帽層延伸至緩沖層頂部的溝槽；s4，向溝槽內(nèi)填充透光材料。圖5至圖10是本發(fā)明發(fā)光二極管制造方法的一實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。參考圖5，執(zhí)行步驟sl，提供碳化硅襯底302，碳化硅襯底302可以。參考圖6，執(zhí)行步驟s2，在所述碳化硅襯底302上依次形成緩沖層303、有源層 304、帽層305。其中緩沖層303包括N型摻雜的氮化鎵，有源層304包括多量子阱有源層， 具體地，所述多量子阱有源層為氮化銦鎵，用于發(fā)出波長(zhǎng)為470nm的藍(lán)光，帽層305包括P 型摻雜的氮化鎵。所述方法還包括在形成帽層305之后，在帽層305上方形成接觸層306，用于實(shí)現(xiàn) 發(fā)光二極管的管芯與電源的電連接，所述接觸層306包括P型摻雜的氮化鎵。發(fā)光二極管各層還可以采用其他材料，例如，所述緩沖層303包括N型摻雜的氮化 鋁鎵(Alatl9Gaa91N)；所述有源層304包括P型摻雜的氮化鋁鎵(Alai8Gaa82N)，所述帽層305 包括P型摻雜的氮化鎵，所述接觸層306包括P型摻雜的氮化鋁鎵(Ala ^3GaOj1N)。較佳地，所述接觸層306上形成透鏡結(jié)構(gòu)(如圖7所示)，所述形成接觸層的透鏡 結(jié)構(gòu)的方法包括首先，在接觸層306上形成厚度為2 4μ m，直徑為50 200 μ m圓形光 刻膠臺(tái)；之后，在溫度為150°C 200°C的范圍內(nèi)，對(duì)所述圓形光刻膠臺(tái)烘烤，所述圓形光刻 膠臺(tái)在高于光刻膠的玻璃軟化溫度下，由于表面張力的作用形成球冠狀；最后以所述球冠 狀的光刻膠為掩膜，對(duì)所述接觸層306進(jìn)行離子束刻蝕，形成厚度為3 5 μ m的透鏡結(jié)構(gòu)。較佳地，繼續(xù)參考圖6在所述碳化硅襯底302上方依次形成緩沖層303、有源層 304、帽層305之后，在所述碳化硅襯底302下方形成散熱層301，通常采用熱壓焊方式在碳 化硅襯底302的下方形成散熱層301，所述散熱層301的材料包括鈦、鋁、銀、金及其合金中 的任意一種，所述散熱層301可以將碳化硅襯底302上的熱傳導(dǎo)出發(fā)光二極管，還用于將透 過(guò)碳化硅襯底302的光反射到出光面，可以提高發(fā)光二極管的光利用率。參考圖8，執(zhí)行步驟s3，所述溝槽320的開(kāi)口朝向出光面，在本具體實(shí)施例中，溝槽 320的底部位于緩沖層303內(nèi)，這樣可以保證有源層305所發(fā)出的光入射至溝槽320內(nèi)。此 夕卜，所述溝槽320側(cè)壁與底部的夾角θ為120° 150°，較佳地，所述夾角θ為135°，所 述溝槽的側(cè)壁可將有源層305發(fā)出的光反射到出光面。具體地，采用干刻方法形成所述溝槽 320。參考圖9，執(zhí)行步驟s4，向溝槽320內(nèi)填充透光材料，所述透光材料為環(huán)氧樹(shù)脂。在 本實(shí)施例中，填充好透光材料后，還包括在溫度為150°C 200°C范圍內(nèi)，高溫烘烤所述透 光材料，使所述透光材料在發(fā)光二極管的光出射方向上包括透鏡結(jié)構(gòu)，從而形成包括透鏡 結(jié)構(gòu)的透光元件309。接觸層306和透光元件309在出光面方向上的透鏡結(jié)構(gòu)，可以會(huì)聚有源層304發(fā) 出的光，從而提高發(fā)光二極管的亮度。如圖10所示，所述方法還包括在接觸層306上、位于透鏡結(jié)構(gòu)之間形成第一電極 310，所述第一電極310包括用于連接電源正極的第一電極連接端307，第一電極310的材料 為金、鎳等導(dǎo)電材料，通過(guò)在透鏡結(jié)構(gòu)之間的接觸層上沉積導(dǎo)電材料，然后通過(guò)光刻和蝕刻 的方法形成第一電極310。所述方法還包括在接觸層306的透鏡結(jié)構(gòu)和/或透光元件309的透鏡結(jié)構(gòu)上涂敷 熒光粉(圖未示)，具體地，所述熒光粉包括摻雜鈰的釔鋁石榴石(Ce3+ = YAG)，用于獲得白光。需要說(shuō)明的是，上述實(shí)施例以藍(lán)色發(fā)光二極管為例，但是本發(fā)明并不限制于此，上 述實(shí)施例還可以是紅色發(fā)光二極管、黃色發(fā)光二極管，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)上述實(shí)施 例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改、替換和變形。綜上，本發(fā)明提供了一種發(fā)光二極管及其制造方法，所述發(fā)光二極管包括延伸至 有源層的透光元件，有源層發(fā)出的光一方面透過(guò)透光元件到達(dá)發(fā)光二極管的出光面，提高 了光利用率。此外，發(fā)光二極管還包括位于出光面的透鏡結(jié)構(gòu)，用于會(huì)聚光線，提高了發(fā)光二極
管的亮度。雖然本發(fā)明己以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)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(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng) 當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管，其特征在于，包括 碳化硅襯底；依次位于碳化硅襯底上方的緩沖層、有源層、帽層；所述發(fā)光二極管還包括多個(gè)溝槽，所述溝槽的深度至少自所述帽層延伸至緩沖層頂部；所述發(fā)光二極管還包括位于所述溝槽內(nèi)的透光元件。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，還包括位于所述碳化硅襯底下方的散熱層。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述溝槽側(cè)壁與溝槽底部夾角為 120° 150°。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述透光元件在發(fā)光二極管光出射 方向上包括透鏡結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，還包括位于帽層上方的接觸層。
6.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述接觸層在發(fā)光二極管的光出射 方向上包括透鏡結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求6所述的發(fā)光二極管，其特征在于，還包括第一電極，其中，所述接觸層 包括多個(gè)透鏡結(jié)構(gòu)，第一電極位于接觸層上、處于透鏡結(jié)構(gòu)之間，所述第一電極包括用于連接電源正極的 第一電極連接端。
8.如權(quán)利要求4所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述透光元件的透鏡結(jié)構(gòu)在光出射 方向上涂敷有熒光粉。
9.如權(quán)利要求6所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述接觸層的透鏡結(jié)構(gòu)在光出射方 向上涂敷有熒光粉。
10.一種發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，包括 提供碳化硅襯底；在所述碳化硅襯底上方依次形成緩沖層、有源層、帽層； 形成至少自帽層延伸至緩沖層頂部的溝槽； 向溝槽內(nèi)填充透光材料。
11.如權(quán)利要求10所述的制造方法，其特征在于，所述緩沖層包括N型摻雜的氮化鎵； 有源層包括多量子阱有源層，所述多量子阱有源層包括氮化銦鎵；所述帽層包括P型摻雜 的氮化鎵。
12.如權(quán)利要求10所述的制造方法，其特征在于，所述緩沖層包括N型摻雜的氮化鋁 鎵；有源層包括P型摻雜的氮化鋁鎵，所述帽層包括P型摻雜的氮化鎵。
13.如權(quán)利要求10所述的制造方法，其特征在于，還包括在所述碳化硅襯底上方依次 形成緩沖層、有源層、帽層之后，在所述碳化硅襯底下方形成散熱層，所述散熱層的材料包 括鈦、鋁、銀、金及其合金中的任意一種。
14.如權(quán)利要求11所述的制造方法，其特征在于，還包括在形成帽層之后，形成溝槽之 前，在帽層上形成接觸層，所述接觸層包括P型摻雜的氮化鎵。
15.如權(quán)利要求12所述的制造方法，其特征在于，還包括在形成帽層之后，形成溝槽之前，在帽層上形成接觸層，所述接觸層包括P型摻雜的氮化鋁鎵。
16.如權(quán)利要求14或15所述的制造方法，其特征在于，在形成接觸層之后，在接觸層上 形成透鏡結(jié)構(gòu)。
17.如權(quán)利要求16所述的制造方法，其特征在于，在接觸層上形成透鏡結(jié)構(gòu)的步驟包括在接觸層上通過(guò)光刻形成多個(gè)圓形光刻膠臺(tái)；對(duì)所述圓形光刻膠臺(tái)在150°C 200°C溫度下烘烤，使所述圓形光刻膠臺(tái)成為球冠狀 光刻膠；以所述球冠狀光刻膠為掩膜，離子束刻蝕所述接觸層形成透鏡結(jié)構(gòu)。
18.如權(quán)利要求10所述的制造方法，其特征在于，向溝槽內(nèi)填充透光材料，在溫度為 150°C 200°C范圍內(nèi)，高溫烘烤所述透光材料，使所述透光材料的頂部呈透鏡結(jié)構(gòu)，形成包 括透鏡結(jié)構(gòu)的透光元件。
19.如權(quán)利要求10或18所述的制造方法，其特征在于，所述透光材料為環(huán)氧樹(shù)脂。
20.如權(quán)利要求16所述的制造方法，其特征在于，接觸層包括多個(gè)透鏡結(jié)構(gòu)，在填充透 光材料之后，在接觸層上、透鏡結(jié)構(gòu)之間形成包括第一電極連接端的第一電極。
21.如權(quán)利要求16所述的制造方法，其特征在于，還包括在接觸層的透鏡結(jié)構(gòu)上涂敷 熒光粉。
22.如權(quán)利要求18所述的制造方法，其特征在于，還包括在透光元件的透鏡結(jié)構(gòu)上涂 敷熒光粉。
全文摘要
一種發(fā)光二極管及其制造方法，所述發(fā)光二極管包括碳化硅襯底；依次位于碳化硅襯底上方的緩沖層、有源層、帽層；所述發(fā)光二極管還包括多個(gè)溝槽，所述溝槽的深度至少自所述帽層延伸至緩沖層頂部；所述發(fā)光二極管還包括位于所述溝槽內(nèi)的透光元件。有源層發(fā)出的光透過(guò)透光元件到達(dá)發(fā)光二極管的出光面，提高了發(fā)光二極管的光利用率。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102130251SQ20101050379
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月28日
發(fā)明者張汝京, 肖德元 申請(qǐng)人:映瑞光電科技(上海)有限公司