專利名稱：一種垂直結構的發光器件的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于發光器件的制造領域，涉及一種發光器件的結構及其制造方法， 尤其涉及一種垂直結構的發光器件及制造方法。
背景技術：
隨著LED (發光二極管)的發光效率不斷提高，LED無疑成為近幾年來最受重視的光源之一。LED是一種具有節能和環保特性的照明光源，集高光效、低能耗、低維護成本等優良性能于一身。理論上預計，半導體LED照明燈具的發光效率可以達到甚至超過白熾燈的 10倍，日光燈的2倍。目前，LED技術發展的目標是高效率、全固態、環保型LED，推進LED在照明領域的應用。隨著LED照明產品功率與光效的提高，結構和材料的選擇對LED的性能及使用壽命有決定性影響。當前，GaN(氮化鎵)基LED有兩種基本結構橫向結構和垂直結構。近年來，垂直結構LED已成為研究開發的重點。與傳統橫向的正裝、倒裝結構LED相比，垂直結構LED通過晶圓鍵合或者電鍍及激光剝離(LLO)等工藝相結合，將GaN基外延層從藍寶石襯底轉移到導電和導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，從而解決橫向結構GaN基LED中由于電極平面分布，電流側向注入導致的如散熱不佳、電流分布不均等缺點ο請參閱圖1，其是一種具有鏡層的薄膜發光二極管的結構示意圖。公開號為 CN101809771A的中國專利申請公開了該具有鏡層的薄膜發光二極管，其包括勢壘層3，在勢壘層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之后的至少一個接觸結構6。層堆疊5與接觸結構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具有至少一個有源層fe，所述有源層發射電磁輻射。接觸結構6設置在輻射出射面4上并且具有接觸面7。勢壘層3通過連接層13固定在支承體14上。但是，接觸結構6下方的有源層fe發出的垂直方向光線受到反射層9與第二鏡層8之間反射導致最終被電極所吸收，從而使外量子效率降低。
實用新型內容本實用新型的目的在于克服現有技術中的缺點與不足，提供一種提高外量子效率的垂直結構的發光器件。本實用新型是通過以下技術方案實現的一種垂直結構的發光器件，包括一 LED 芯片和一支撐襯底。該LED芯片包括自上而下依序層疊設置的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電極和芯片鍵合層在對應N電極反射層正下方的投影區域具有一窗口，使該氮化鎵P型層在該窗口處外露。該支撐襯底對應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構。進一步，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。進一步，該反射腔的底面還包括陣列凸起或粗糙的平面結構。進一步，該反射腔內填充有高阻透明填充體。 進一步，在氮化鎵N型層的上表面設置有多條N電極反射層，該多條N電極反射層相交于一交點且相鄰的N電極反射層之間的角度相等，N電極設置在N電極反射層的交點上表面，該反射腔設置在對應多條N電極反射層正下方的投影區域。進一步，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。相對于現有技術，本實用新型的發光器件在N電極反射層正下方的支撐襯底上設置一反射腔，使N電極反射層正下方量子阱發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用新型，以下將結合附圖說明闡述本實用新型的具體實施方式
。
圖1是現有的一種具有鏡層的薄膜發光二極管的結構示意圖。圖2是本實用新型實施例1的垂直結構發光器件的剖面結構示意圖。圖3是本實用新型實施例2的垂直結構發光器件的俯視圖。圖4是圖3沿A-B方向的剖視圖。圖5是本實用新型實施例3的垂直結構發光器件的剖面結構示意圖。圖6是本實用新型實施例4的垂直結構發光器件的剖面結構示意圖。圖7是本實用新型實施例5的垂直結構發光器件的剖面結構示意圖。圖8是本實用新型實施例6的垂直結構發光器件的剖面結構示意圖。圖9是本實用新型實施例7的垂直結構發光器件的剖面結構示意圖。
具體實施方式
實施例1 請參閱圖2，其是本實用新型實施例1的垂直結構發光器件的剖面結構示意圖。該發光器件包括一 LED芯片100和一支撐襯底200，該LED芯片100設置在該支撐襯底200上。該LED芯片100自上而下依序設置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電極106和芯片鍵合層107在對應N電極反射層102 正下方的投影區域具有一窗口 108，該氮化鎵P型層在該窗口處外露，且該窗口 108內填充有高阻透明材料。該P電極106同時具有反射光線的作用。[0028]該支撐襯底200的上表面設置一襯底鍵合層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對應窗口 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內填充有高阻透明材料。在本實施例中，該反射腔201為倒錐體，其剖面為倒等腰三角形。該LED芯片100發光時，該量子阱104發出的射線在該P電極106的反射層處反射出光，同時，該量子阱104發出的射線在該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對應區域的發光反復垂直反射而被吸收。具體地，該支撐襯底200采用銅、鋁、硅、陶瓷等高熱導材料。若采用陶瓷等非導電材料時，其表面需設置一導電層。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、錫等高擴散系數的金屬或者由這些金屬組成的合金材料。實施例2 請同時參閱圖4和圖5，其中，圖4是本實用新型實施例2的垂直結構發光器件的俯視圖，圖5是圖4沿A-B方向的剖視圖。本實施例的垂直結構發光器件的結構與實施例 1的大致相同，其區別僅在于在氮化鎵N型層103的上表面設置有多條N電極反射層102， 該多條N電極反射層102相交于交點且相鄰的N電極反射層102之間的角度相等。N電極 101設置在N電極反射層102的交點處。進一步，反射腔201設置在對應多條N電極反射層 102正下方的投影區域。該反射腔201為矩形，其底部具有波浪形結構204的曲面，且反光層202設置在該波浪結構204的上表面。該實施例2的垂直結構發光器件是具體制造方法與實施例1所述的方法大致相同，其區別僅在于步驟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構204。接著通過濺射工藝在反射腔201的內表面形成反光層202。最后在反射腔201內注入高阻透明填充材料。實施例3 請參閱圖6，其是本實用新型實施例3的垂直結構發光器件的剖面結構示意圖。本實施例的垂直結構發光器件的結構與實施例1的大致相同，其區別僅在于該反射腔201的底面的剖面為弧形。實施例4 請參閱圖7，其是本實用新型實施例4的垂直結構發光器件的剖面結構示意圖。本實施例的垂直結構發光器件的結構與實施例1的大致相同，其區別僅在于該反射腔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。實施例5 請參閱圖8，其是本實用新型實施例5的垂直結構發光器件的剖面結構示意圖。本實施例的垂直結構發光器件的結構與實施例1的大致相同，其區別僅在于該反射腔201 的底面的剖面為鋸齒形。實施例6 請參閱圖9，其是本實用新型實施例6的垂直結構發光器件的剖面結構示意圖。本實施例的垂直結構發光器件的結構與實施例1的大致相同，其區別僅在于該反射腔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該底面漫反射后非垂直于該N電極反射層出射。實施例7 請參閱圖10，其是本實用新型實施例7的垂直結構發光器件的剖面結構示意圖。 本實施例的垂直結構發光器件的結構與實施例1的大致相同，其區別僅在于該反射腔201 的底面還包括陣列凸起206，使光線進一步均勻發散。相對于現有技術，本實用新型在N電極正下方的支撐襯底上設置一反射腔，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構，使N電極反射層正下方量子阱發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，進而避免被電極吸收，提高外量子效率。本實用新型并不局限于上述實施方式，如果對本實用新型的各種改動或變形不脫離本實用新型的精神和范圍，倘若這些改動和變形屬于本實用新型的權利要求和等同技術范圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變形。
權利要求1.一種垂直結構的發光器件，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層疊設置的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 電極和芯片鍵合層在對應N電極反射層正下方的投影區域具有一窗口，使該氮化鎵P型層在該窗口處外露；該支撐襯底對應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構。
2.根據權利要求1所述的發光器件，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.根據權利要求2所述的發光器件，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.根據權利要求2或3所述的發光器件，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構。
5.根據權利要求1所述的發光器件，其特征在于該反射腔和窗口內填充有高阻透明填充體。
6.根據權利要求1所述的發光器件，其特征在于在氮化鎵N型層的上表面設置有多條N電極反射層，該多條N電極反射層相交于一交點且相鄰的N電極反射層之間的角度相等，N電極設置在N電極反射層的交點上表面，該反射腔設置在對應多條N電極反射層正下方的投影區域。
7.根據權利要求1所述的發光器件，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構的發光器件，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電極和芯片鍵合層在對應N電極反射層正下方的投影區域具有一窗口，使該氮化鎵P型層在該窗口處外露。該支撐襯底對應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構。本實用新型的發光器件具有高外量子效率。
文檔編號H01L33/46GK202134571SQ20112018797
公開日2012年2月1日 申請日期2011年6月7日 優先權日2011年6月7日
發明者周玉剛, 曹建興, 王瑞珍, 肖國偉, 賴燃興 申請人:晶科電子(廣州)有限公司