具有襯底中的散射特征的led的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及發光二極管(LED)，并且具體地涉及用于散射LED管芯內的光的技術。
【背景技術】
[0002]在發射藍光的基于GaN的LED中，生長襯底典型地是透明藍寶石襯底、SiC襯底或者甚至GaN襯底。對于倒裝芯片LED，光由有源層生成并且通過透明襯底出射。
[0003]圖1圖示了常規的基于GaN的倒裝芯片LED管芯10。半導體層包括N型層12、有源層14(形成量子阱)和P型層16。這些層生長在透明生長襯底18(典型地為藍寶石)的表面上。在襯底18的頂部上沉積磷光體層20。磷光體顆粒22被有源層14所發射的藍光激發并且使光波長偏移。如果磷光體發射的顏色是黃色，黃光與藍光的組合創建白光。實際上，可以以該方式創建任何顏色的光。
[0004]光提取效率涉及從LED管芯10逸出的所生成的光子的百分比。設計LED管芯中的一個目標是最小化光吸收以便增加光提取效率。對光吸收的一種貢獻是通過襯底18的全內反射(TIR)，其通過光線24被俘獲在襯底18內部而示出，其中襯底18充當光導。材料界面處的非匹配折射率在淺角度處引起這樣的反射。作為粗略近似，GaN的折射率(η)是2.5-3，針對藍寶石的折射率為1.77，針對磷光體的折射率為1.6-1.8，并且針對空氣的折射率為I。
[0005]此外，LED半導體層、底部金屬接觸件和接觸件之間的空間具有不同的反射率。在圖1中所示的示例中，接觸所暴露的P型層16的P金屬接觸件26是銀(Ag)，因此是高度反射的(>95%)。在其中P型層16和有源層14被蝕刻掉以允許N金屬接觸件28和N型層12之間的歐姆接觸的區域中，使用較少反射的金屬，諸如鋁，并且在那些接觸區之上不生成光。還存在不反射光的接觸件26和28之間的空間。還可能存在還吸收光的半導體特征。所發射的磷光體光一般是各向同性的，因此這樣的光的大百分比撞擊在LED管芯10的光吸收區域上，諸如光線30。另一光線32被示出為在內部反射離開襯底18的側面并且回到LED管芯10中以被部分地吸收。光線33被示出為被P金屬接觸件26高效地反射。
[0006]所有吸收區域降低LED管芯的光提取效率。
[0007]所需要的是一種用于通過降低LED管芯內的光的吸收來增加光提取效率的技術。
【發明內容】
[0008]在一個實施例中，將LED管芯的透明生長襯底形成為具有光散射區域，諸如使用激光器或其它方法形成的空隙。在另一實施例中，生長襯底被移除并且由包含光散射區域的另一透明襯底取代。在一個實施例中，光散射區域形成在不生成光的LED管芯的一些或全部光吸收區域之上以降低那些吸收區域上的入射光的量，并且形成在襯底的側面之上以降低光引導。
[0009]如果襯底取代生長襯底，則襯底可以形成為在所選區域中包括反射顆粒，諸如T12顆粒或反射金屬片。可以通過堆疊包含反射區域的襯底層來形成3D結構。
[0010]在另一實施例中，襯底是形成為具有光散射側壁的非透明磷光體層。
[0011]磷光體層可以是貼附到LED頂部的瓦片，或者可以作為液體粘結劑中的顆粒來沉積，或者可以通過電泳沉積，或者通過其它方法沉積。
[0012]描述其它實施例。
【附圖說明】
[0013]圖1是示出了其中光線被LED管芯吸收的各種方式的LED管芯的橫截面視圖。
[0014]圖2是依照本發明的一個實施例的并入包含光散射區域的襯底的LED管芯的橫截面視圖。
[0015]圖3圖示了圖2的結構中的光線如何被重定向成遠離LED管芯的光吸收區域和遠離襯底的側面。
[0016]圖4是示出了襯底中的光散射區域的可替換圖案的LED管芯的橫截面視圖。
[0017]圖5圖示了具有散射區域的襯底可以如何貼附到LED半導體層。
[0018]圖6圖示了襯底可以如何形成有光散射側壁。
[0019]圖7圖示了具有用于創建蝙蝠翼狀光發射圖案的中央光散射區域的襯底。
[0020]圖8圖示了貼附在LED半導體層上的磷光體瓦片，其中瓦片具有光散射側壁。
[0021]圖9圖示了如何可以使用多個層形成襯底以創建期望的光散射區域。
[0022]相同或相似的元件利用相同的標號標記。
【具體實施方式】
[0023]圖2圖示了除襯底38之外可以與圖1中的LED管芯10相同的LED 36。襯底38可以是已經在其上外延生長LED半導體的生長襯底，或者可以是在已經移除生長襯底之后已經貼附到LED半導體層的襯底。
[0024]襯底38形成為具有一些或全部光吸收區域之上的光散射區域40A、40B和40C并且具有一些或全部側壁之上的光散射區域42A和42B以降低襯底38內的光引導。散射區域42A和42B可以是側壁周圍的連續散射區域環的部分。
[0025]在一個實施例中，襯底38是在其上已經外延生長LED半導體層的藍寶石生長襯底。散射區域40A-40C、42A和42B可以在生長半導體層之前或之后形成為空隙的陣列。散射區域40A-40C、42A和42B可以具有任何3D形狀，諸如多面體或圓形。脈沖激光器可以用于創建空隙。使用透明材料內的點(空隙)寫入或創建圖像的脈沖激光器的使用是公知的;然而，該技術尚未用于在LED管芯中散射光。
[0026]在另一實施例中，在已經生長半導體層之后，諸如通過激光剝離移除生長襯底，并且將另一襯底貼附到半導體層，諸如貼附到N型層12。這樣的襯底可以例如是玻璃、藍寶石、SiC、塑料、環氧樹脂或陶瓷。襯底38可以通過任何合適的粘合劑(諸如環氧樹脂或硅樹脂)或者通過將襯底材料直接熔合到LED半導體層而貼附到LED半導體層。對于所貼附的襯底，散射區域40A-40C、42A和42B可以形成為空隙或光散射顆粒。襯底38可以經歷脈沖激光處置以形成空隙或者可以被模制成包括所選區域中的光散射顆粒。為了模制，可以提供大襯底晶片模具，并且可以使用絲網印刷過程或其它過程將反射顆粒注入在所選區域中而同時襯底材料處于液體形式。然后使經模制的襯底固化并且在已經移除生長襯底之后將其貼附到LED晶片。預期到形成襯底38的其它方式，諸如堆疊層(在圖9中示出)或者使用3D打印方法。所貼附的襯底然后為LED制造過程的其余部分提供機械支撐。LED晶片然后被單分。
[0027]反射顆粒可以例如是T12片或反射金屬片，諸如Ag片。在一個實施例中，片的范圍可以在0.1-10微米寬之間。由于片意圖散射光，所以片的反射表面可以處于隨機角度處。LED管芯的典型寬度在Imm的量級上。
[0028]在圖2的示例中，散射區域40A、40B和40C—般形成在LED管芯的非有源部分之上，其中不生成光。因此，散射區域40A-40C不阻擋向上發射的任何光。散射區域40A-40C還優選地形成在作為欠佳反射表面的區域之上，諸如在金屬接觸件26和28之間或者在N金屬接觸件28之上。經過接觸件26和28之間的光將必須通過任何下面的基板或印刷電路板(其典型地是欠佳反射體)向上反射。優選地，不存在用于接觸P型層16的高度反射的銀接觸件26之上的散射區域。
[0029]每一個散射區域40A-40C的形狀將針對要阻擋的特定下面的區域來定制。形狀可以是矩形、圓形等。每一個散射區域40A-40C的厚度取決于散射區域40A-40C的結構。例如，如果散射區域40A-40C包含反射片，并且僅需要非常薄的片層以適當地阻擋光撞擊在下面的區域上，則僅要求薄層。層可以如10微米那樣薄，但是將典型地大約50微米厚。
[0030]在一個實施例中，襯底38為近似75-300微米厚。因此，靠近襯底38的底部的散射區域40A-40C可以離磷光體層20 25-250微米遠。
[0031]在圖2和一些其它圖中，僅在LED管芯的頂部之上示出磷光體層20。然而，在所有實施例中，磷光體層還可以覆蓋半導體層和襯底38的側壁。
[0032]圖3圖示了由有源層14和磷光體顆粒22生成的撞擊在散射區域上的各種光線。光線46由有源層14生成并且由散射區域42B散射在各種方向上而不是在入射角處，使得襯底38將是非常差的光導