本申请要求于 2010 年 10 月 8 日提交中国专利局、 申请号为 201010503845.4、 发明名称为 "发光装置及其制造方法"的中国专利申请的优 先权， 其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域， 更具体地， 本发明涉及发光装置及其制造方 法。

背景技术

发光二极管（ LED )是响应电流而被激发从而产生各种颜色的光� �半导体 器件。其中， 以氮化镓（GaN )为代表的 III- V族化合物半导体由于具有带隙宽、 发光效率高、 电子饱和漂移速度高、 化学性质稳定等特点， 在高亮度蓝光发光 二极管、蓝光激光器等光电子器件领域有着巨 大的应用潜力， 引起了人们的广 泛关注。 然而， 目前半导体发光二极管存在着发光效率低的问 题。对于未经封装的 发光二极管， 其出光效率一般只有百分之几。 大量的能量聚集在器件内部不能 出射， 既造成能量浪费， 又影响器件的使用寿命。 因此， 提高半导体发光二极 管的出光效率至关重要。 基于上述的应用需求，许多种提高发光二极管 出光效率的方法被应用到器 件结构中， 例如表面粗糙化法， 金属反射镜结构等。 公开号为 CN1858918A的 中国专利申请公开了一种发光二极管，所述的 发光二极管下表面形成全角度反 射镜结构， 可以提高发光二极管出光效率。 然而， 该方法需要在衬底上形成多 层由高折射率层与低折射率层堆叠而成的薄膜 结构， 制作工艺复杂。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种发光装置， 以提高发光效率。

本发明提供的发光装置， 包括基座、 倒装于所述基座上的发光二极管， 所 述发光二极管包括：连接于基座的发光二极管 管芯以及位于发光二极管上的緩 沖层；所述緩沖层相对于发光二极管的另一侧 表面上设置有多个具有金字塔互 补结构的凹陷， 作为发光二极管的出光面； 所述緩沖层的材质为碳化硅。

所述发光二极管管芯自緩沖层面向基座依次包 括 N型半导体层、 有源层、 P型半导体层。 所述有源层的材质为氮化铟镓； 所述 N型半导体层为 N型掺 杂的氮化镓； 所述 P型半导体层为 P型掺杂的氮化镓。

所述发光二极管还包括位于发光二极管管芯 P型半导体层上的接触层。所 述接触层与发光二极管管芯相连的表面为反光 面，该反光面将发光二极管管芯 发出的光反射至所述发光二极管的出光面。

所述发光装置还包括位于基座上的反射膜，所 述反射膜用于将发光二极管 管芯发出的光反射至所述发光二极管的出光面 。 所述反射膜的材质为氧化钡。

所述发光装置还包括设置于基板上的第一引脚 和第二引脚，所述第一引脚 用于连接发光二极管和电源正极，所述第二引 脚用于连接发光二极管和电源负 极。

所述发光二极管还包括连接于所述接触层与第 一引脚的第一电极；连接于 N型半导体层和第二引脚的第二电极。

所述发光装置还包括覆盖于基座、发光二极管 上的帽层。所述帽层在发光 二极管的出光方向上设置有透镜结构。

为制造上述发光装置，本发明还提供了相应的 制造方法， 包括：提供衬底， 在衬底上形成多个金字塔结构； 在具有金字塔结构的衬底上形成发光二极管， 所述发光二极管包括依次形成于衬底上的緩沖 层以及发光二极管管芯；去除衬 底； 提供基座， 将所述发光二极管倒装于基座上； 其中所述緩沖层的材质为碳 化硅。

所述在緩沖层上形成发光二极管管芯包括： 在所述緩沖层上依次沉积 N 型半导体层、 有源层、 P型半导体层、 接触层； 再依次刻蚀所述接触层、 P型 半导体层、 有源层， 形成底部露出 N型半导体层顶部的开口； 在所述接触层 上形成第一电极； 在所述开口底部露出的 N型半导体层上形成第二电极。

所述提供衬底， 在衬底上形成多个金字塔结构的步骤包括： 提供衬底； 在 所述衬底上沉积介质层， 并图形化所述介质层， 形成格子状硬掩膜； 以所述硬 掩膜为掩膜蚀刻所述衬底， 形成金字塔结构； 去除所述硬掩膜。

所述衬底为 （100 ) 晶面的 P型掺杂的硅衬底， 所述以硬掩膜为掩膜蚀刻 所述衬底，形成金字塔结构的步骤包括采用四 曱基氢氧化氨溶液对所述衬底进 行湿法腐蚀， 形成以 （111 ) 晶面为侧面、 （100 ) 晶面为底面的金字塔结构。

可选的， 采用四曱基氢氧化氨溶液对所述衬底进行湿法 腐蚀的步骤中，腐 蚀的时间为 20分钟， 腐蚀的温度为 60~80 °C。

可选的， 以 （111 ) 晶面为侧面、 （100 ) 晶面为底面的金字塔结构中侧面 与底面的夹角为 54.74°。

可选的， 所述硅衬底上金字塔结构的密度为 4χ10 ⁴ ~1 χ10 ⁸ 个 /平方毫米。 可选的， 通过氢氧化钾溶液去除硅衬底。 可选的， 所述有源层的材质为氮化铟镓； 所述 N型半导体层为 N型掺杂 的氮化镓； 所述 P型半导体层为 P型掺杂的氮化镓。

优选的， 所述形成于接触层上的第一电极以及形成于所 述开口底部 N型 半导体层上的第二电极的上表面平齐。

所述将发光二极管倒装于基座上包括：在所述 基座上设置分别与电源正极 以及电源负极连接的第一引脚以及第二引脚， 将所述第一电极固定于第一引 脚， 第二电极固定于第二引脚上。

可选的， 所述基座上倒装发光二极管的表面形成有反射 膜。所述反射膜的 材质为氧化钡。

与现有技术相比， 本发明具有以下优点：

1. 所述緩沖层在发光二极管的出光面上设置有多 个具有金字塔互补结构 的凹陷， 所述凹陷增大了出光面的面积， 从而增大了发光二极管管芯 产生的光出射到发光面的几率， 从而提高了发光装置的出光效率；

2. 发光装置还包括可用于将光反射到发光装置出 光方向的接触层、 反射 膜， 可进一步提高发光装置的出光效率；

3. 发光装置还包括用于会聚光线的帽层， 可提高发光装置的亮度； 发光装置的制造方法中，在衬底上形成金字塔 结构， 填充金字塔结构之间 的孔隙以形成金字塔互补结构，之后按照倒装 方式装配发光二极管即可， 制造 方法较为筒单。

附图说明 图 1是本发明发光装置一实施例的剖面结构示意� �； 图 la为图 1中圆圈中示出的金字塔互补结构的俯视图 图 2是本发明发光装置制造方法一实施方式的流� �示意图； 图 3是图 2所示步骤 si—实施例的流程示意图； 图 4至图 10是本发明发光装置制造方法一实施例形成的� ��光装置的侧面 示意图。

具体实施方式 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加 明显易懂， 下面结合附图对 本发明的具体实施方式做详细的说明。 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充 分理解本发明，但是本发明 还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来 实施，因此本发明不受下面公开 的具体实施例的限制。 正如背景技术所述， 为提高发光二极管的出光效率，现有技术的发 光二极 管需要在衬底上形成多层由高折射率层与低折 射率层堆叠而成的薄膜结构，但 所述薄膜结构的制作工艺复杂。 针对上述问题， 本发明的发明人提供了一种发光装置， 所述发光装置包括 倒装于基座上的发光二极管， 所述发光二极管在出光面上具有多个金字塔结 构，所述金字塔结构增大了发光二极管出光面 的面积，增大了发光二极管的有 源层产生的光出射到发光面的几率，从而增大 了发光二极管的外量子效率， 即 提高了发光二极管的出光效率。 参考图 1 , 示出了本发明发光装置一实施例的剖面结构示 意图。 如图 1所 示， 所述发光装置包括： 基座 101 , 以及位于基座 101上的反射膜 102、 第一 引脚 112和第二引脚 103、 倒装于第一引脚 112和第二引脚 103上的发光二极 管、 覆盖于发光二极管和反射膜 102上的帽层 111 , 其中， 基座 101 ,用于承载发光二极管，在具体实施例中，所� �基座 105采用铜、 铝、 硅、 氮化铝等材料构成。 反射膜 102, 用于将发光二极管发出的光反射至发光装置的 出光方向上， 以提高发光装置的出光效率， 增大发光装置的亮度， 具体地， 所述反射膜的材 料为氧化钡。 第一引脚 112,用于连接发光二极管和电源（图未示）正� �；第二引脚 103 , 用于连接发光二极管和电源（图未示） 负极； 具体地， 所述第一引脚 112和第 二引脚 103均采用铜或铝等导电材料制成。 发光二极管由上至下依次包括緩沖层 110、N型半导体层 109、有源层 108、 P型半导体层 107、 接触层 106; 其中， 緩沖层 110相对于 N型半导体层 109的另一侧表面包括多个凹陷， 所述 凹陷具有金字塔互补结构（如图 la所示， 图 la为图 1中圆圈中示出的金字塔 互补结构的俯视图）， 具体地， 所述金字塔互补结构通过对金字塔结构间所围 成的空隙进行填充而获得，所述金字塔互补结 构的凹陷可增大发光二极管出光 面的面积， 进而增大了发光二极管管芯发出的光从出光面 出光的几率，从而提 高了发光二极管的出光效率。 具体地， 所述緩沖层 110的材料为碳化硅。 所述 N型半导体层 109、 有源层 108、 P型半导体层 107构成了发光二极 管管芯； 在具体实施例中， 所述 N型半导体层 109为 N型掺杂的氮化镓材料， 所述有源层 108为多量子阱有源层结构， 具体地， 采用氮化铟镓材料构成， 用 于产生波长为 470nm的蓝光， 所述 P型半导体层 107为 P型掺杂的氮化镓材 料；

接触层 106, 用于实现 P型半导体层 107与电源正极之间的电连接， 所述 接触层 106的面积较大， 可以减小接触电阻， 较佳地， 所述接触层 106的下表 面为反光面，所述反光面可将发光二极管管芯 发出的光反射至出光面，具体地， 所述接触层 106的材料为金或镍等，所述接触层 106的厚度为 50至 100纳米。

所述发光二极管还包括第一电极 105 , 所述第一电极 105设置于所述接触 层 106与第一引脚 112之间，用于实现 P型半导体层 107和第一引脚 112间的 电连接。

所述 N型半导体层 109包括未被有源层 108、 P型半导体层 107以及接 触层 106所遮挡的延伸部分， 所述发光二极管还包括第二电极 104, 所述第二 电极 104—端与上述 N型半导体层 109的延伸部分连接， 另一端与第二引脚 103连接， 用于实现 N型半导体层 109和第二引脚 103之间的电连接。

帽层 111 , 覆盖于发光二极管、 反射膜 102上， 所述帽层 111在发光二极 管的出光方向上具有透镜结构， 所述透镜结构可以会聚发光二极管发出的光， 以提高发光装置的亮度， 在具体实施例中， 所述帽层 111采用树脂材料构成， 所述帽层 111还可以起到保护发光二极管的作用。

相应地， 本发明还提供一种发光装置的制造方法， 参考图 2, 示出了本发 光装置制造方法一实施方式的流程图。 所述发光装置的制造方法包括： 步骤 sl , 提供衬底， 在衬底上形成多个金字塔结构；

步骤 s2, 在具有金字塔结构的衬底表面依次形成緩沖层 、 N型半导体层、 有源层、 P型半导体层、 接触层；

步骤 s3 , 依次刻蚀所述接触层、 P型半导体层以及有源层， 形成底部露出 部分 N型半导体层的开口； 在接触层上形成第一电极； 在所述开口底部的 N 型半导体层上形成第二电极；

步骤 s4, 去除衬底。

参考图 3 , 示出了图 2所示步骤 sl—实施例的流程图， 包括：

步骤 sl l , 提供衬底；

步骤 sl2, 在所述衬底上沉积介质层， 并图形化所述介质层， 形成格子状 硬掩膜；

步骤 sl3 , 以所述硬掩膜为掩膜蚀刻所述衬底， 形成金字塔结构； 步骤 sl4, 去除所述硬掩膜。

对于步骤 sl l , 所述衬底 201为 （100 ) 晶面的 P型掺杂的硅衬底， 所述 硅衬底的电阻率为 1~20欧姆厘米。

参考图 4, 执行步骤 sl2, 所述介质层的材料为二氧化硅， 通过干法蚀刻 所述二氧化硅介质层的方法， 形成位于衬底 201上的硬掩膜 202。

参考图 5 , 执行步骤 sl3 以及步骤 sl4, 通过四曱基氢氧化氨（TMAH ) 溶液对所述衬底 201进行湿法腐蚀， 具体地， 腐蚀的时间为 20分钟， 温度为 60-80 °C , 所述硅^ "底经过腐蚀后形成多个由（111 )晶面作为侧面、 （100 )面 为底面的金字塔结构， 具体地， 每个格子状的硬掩膜对应一个金字塔尖， 所述 金字塔结构按照矩阵式排列， 底面为正方形， 侧面与底面的夹角为 54.74。； 如果所述金字塔结构的密度较大， 则腐蚀所形成金字塔不够高，如果金字 塔结构的密度较小， 那么金字塔的数量不够多， 不利于增大发光二极管出光面 的面积，通常硅衬底上金字塔结构的密度为 4χ 10 ⁴ ~1 χ 10 ⁸ 个 /平方毫米，在制作 方法中可以通过格子状硬掩膜的格子密度控制 金字塔结构的密度，从而形成数 量较多、 尺寸合适的金字塔结构较佳地， 所述金字塔结构中正方形的边长为 5μηι, 金字塔的塔尖到底面的高度为 3.53μηι; 通过氢氟酸溶液去除二氧化硅材质的硬掩膜 202。 从而形成具有金字塔结 构的衬底 201。

参考图 6, 执行步骤 s2, 通过金属有机化合物化学气相淀积 (Metal-organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD)的方法依次形成所述緩沖层 203、 N型半 导体层 204、 有源层 205、 P型半导体层 206;

在具体实施例中，在沉积緩沖层 203时， 先填充衬底 201上金字塔结构之 间的孔隙直至覆盖所述金字塔结构，从而在緩 沖层 203底部形成具有金字塔互 补结构的凹陷； 本实施例中所述金字塔结构的侧面为 （111 ) 晶向的硅， 所述緩沖层 203 的材料为碳化硅， 碳化硅与 （111 ) 晶向的硅的晶格常数较为匹配； 所述緩沖层 203需完全覆盖金字塔结构， 较佳地， 緩沖层 203 的厚度为 10~100μηι。 所述 Ν型掺杂的半导体层 204为 Ν型掺杂的氮化镓材料，所述有源层 205 为多量子阱有源层结构， 具体地， 采用氮化铟镓材料构成， 用于产生波长为 470nm的蓝光， 所述 P型半导体层 206为 P型掺杂的氮化镓材料。 参考图 7, 在 P型半导体层 206上形成接触层 207, 具体地， 接触层 207 为金或镍等金属材料， 通过物理气相沉积（Physical Vapor Deposition, PVD ) 方法或电子束蒸镀方法形成所述接触层 207 , 所述接触层 207 的厚度为 50〜誦 参考图 8, 执行步骤 s3 , 通过干法蚀刻法依次刻蚀部分接触层 207 P型 半导体层 206、 有源层 205 , 形成底部露出 N型半导体层 204顶部的开口， 在 接触层 207上形成第一电极 209,在所述开口底部的 N型半导体层 204上形成 第二电极 208, 所述第一电极 209和第二电极 208的上表面平齐， 具体地， 第 一电极 209和第二电极 208的材料为金、 铝或镍。

参考图 9, 执行步骤 s4, 通过氢氧化钾溶液去除硅衬底 201 , 需要说明的 是还可以采用其他溶液去除硅衬底 201 , 所述溶液需对硅具有较高的选择比， 避免溶液去除其他材料， 至此完成了发光二极管的制造。

所述发光装置的制造方法还包括封装的步骤， 如图 10所示，提供基座 211 , 在基座 211上形成反射膜 210, 在反射膜 210上形成连接于电源正极的第一引 脚、 连接于电源负极的第二引脚。 按照倒装方式将发光二极管转配与反射膜 210上， 具体地， 将所述发光二极管按照緩沖层 203朝向出光方向、 第一电极 209固定于第一引脚且第二电极 208固定于第二引脚的方式装配于反射膜 210 上。 所述发光装置的制造方法还包括形成覆盖于发 光二极管和反射膜 210 上 的帽层（图未示）， 较佳地， 所述帽层在发光二极管的出光方向上具有透镜 结 构， 所述透镜结构可以会聚发光二极管发出的光， 所述帽层的材料为树脂。

至此完成了发光装置的制造过程。 综上，本发明提供了一种发光装置， 包括出射面为金字塔互补结构凹陷的 发光二极管， 所述金字塔互补结构的凹陷增大了出射面面积 ，从而提高了发光 装置的出光效率； 所述发光装置中， 还包括可用于将光反射到出光方向的接触层、 反射膜， 可进一步提高发光装置的出光效率； 所述发光装置中， 还包括用于会聚光线的帽层， 可提高发光装置的亮度； 本发明提供的发光装置的制造方法中，在衬底 上形成金字塔结构， 填充金 字塔结构之间的孔隙以形成金字塔互补结构， 之后按照倒装方式装配发光二极 管即可， 制造方法较为筒单。

虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发 明并非限定于此。任何本领 域技术人员， 在不脱离本发明的精神和范围内， 均可作各种更动与修改， 因此 本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范 围为准。