具有襯底中的散射特征的led的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)光二極管(LED)，并且具體地涉及用于散射LED管芯內(nèi)的光的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]在發(fā)射藍(lán)光的基于GaN的LED中，生長(zhǎng)襯底典型地是透明藍(lán)寶石襯底、SiC襯底或者甚至GaN襯底。對(duì)于倒裝芯片LED，光由有源層生成并且通過(guò)透明襯底出射。
[0003]圖1圖示了常規(guī)的基于GaN的倒裝芯片LED管芯10。半導(dǎo)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(zhǎng)在透明生長(zhǎng)襯底18(典型地為藍(lán)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(fā)射的藍(lán)光激發(fā)并且使光波長(zhǎng)偏移。如果磷光體發(fā)射的顏色是黃色，黃光與藍(lán)光的組合創(chuàng)建白光。實(shí)際上，可以以該方式創(chuàng)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(shè)計(jì)LED管芯中的一個(gè)目標(biāo)是最小化光吸收以便增加光提取效率。對(duì)光吸收的一種貢獻(xiàn)是通過(guò)襯底18的全內(nèi)反射(TIR)，其通過(guò)光線24被俘獲在襯底18內(nèi)部而示出，其中襯底18充當(dāng)光導(dǎo)。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(duì)藍(lán)寶石的折射率為1.77，針對(duì)磷光體的折射率為1.6-1.8，并且針對(duì)空氣的折射率為I。
[0005]此外，LED半導(dǎo)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(qū)域中，使用較少反射的金屬，諸如鋁，并且在那些接觸區(qū)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(dǎo)體特征。所發(fā)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(qū)域上，諸如光線30。另一光線32被示出為在內(nèi)部反射離開(kāi)襯底18的側(cè)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(qū)域降低LED管芯的光提取效率。
[0007]所需要的是一種用于通過(guò)降低LED管芯內(nèi)的光的吸收來(lái)增加光提取效率的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在一個(gè)實(shí)施例中，將LED管芯的透明生長(zhǎng)襯底形成為具有光散射區(qū)域，諸如使用激光器或其它方法形成的空隙。在另一實(shí)施例中，生長(zhǎng)襯底被移除并且由包含光散射區(qū)域的另一透明襯底取代。在一個(gè)實(shí)施例中，光散射區(qū)域形成在不生成光的LED管芯的一些或全部光吸收區(qū)域之上以降低那些吸收區(qū)域上的入射光的量，并且形成在襯底的側(cè)面之上以降低光引導(dǎo)。
[0009]如果襯底取代生長(zhǎng)襯底，則襯底可以形成為在所選區(qū)域中包括反射顆粒，諸如T12顆?；蚍瓷浣饘倨?。可以通過(guò)堆疊包含反射區(qū)域的襯底層來(lái)形成3D結(jié)構(gòu)。
[0010]在另一實(shí)施例中，襯底是形成為具有光散射側(cè)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(jié)劑中的顆粒來(lái)沉積，或者可以通過(guò)電泳沉積，或者通過(guò)其它方法沉積。
[0012]描述其它實(shí)施例。
【附圖說(shuō)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(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的并入包含光散射區(qū)域的襯底的LED管芯的橫截面視圖。
[0015]圖3圖示了圖2的結(jié)構(gòu)中的光線如何被重定向成遠(yuǎn)離LED管芯的光吸收區(qū)域和遠(yuǎn)離襯底的側(cè)面。
[0016]圖4是示出了襯底中的光散射區(qū)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(qū)域的襯底可以如何貼附到LED半導(dǎo)體層。
[0018]圖6圖示了襯底可以如何形成有光散射側(cè)壁。
[0019]圖7圖示了具有用于創(chuàng)建蝙蝠翼狀光發(fā)射圖案的中央光散射區(qū)域的襯底。
[0020]圖8圖示了貼附在LED半導(dǎo)體層上的磷光體瓦片，其中瓦片具有光散射側(cè)壁。
[0021]圖9圖示了如何可以使用多個(gè)層形成襯底以創(chuàng)建期望的光散射區(qū)域。
[0022]相同或相似的元件利用相同的標(biāo)號(hào)標(biāo)記。
【具體實(shí)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(jīng)在其上外延生長(zhǎng)LED半導(dǎo)體的生長(zhǎng)襯底，或者可以是在已經(jīng)移除生長(zhǎng)襯底之后已經(jīng)貼附到LED半導(dǎo)體層的襯底。
[0024]襯底38形成為具有一些或全部光吸收區(qū)域之上的光散射區(qū)域40A、40B和40C并且具有一些或全部側(cè)壁之上的光散射區(qū)域42A和42B以降低襯底38內(nèi)的光引導(dǎo)。散射區(qū)域42A和42B可以是側(cè)壁周圍的連續(xù)散射區(qū)域環(huán)的部分。
[0025]在一個(gè)實(shí)施例中，襯底38是在其上已經(jīng)外延生長(zhǎng)LED半導(dǎo)體層的藍(lán)寶石生長(zhǎng)襯底。散射區(qū)域40A-40C、42A和42B可以在生長(zhǎng)半導(dǎo)體層之前或之后形成為空隙的陣列。散射區(qū)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(chuàng)建空隙。使用透明材料內(nèi)的點(diǎn)(空隙)寫(xiě)入或創(chuàng)建圖像的脈沖激光器的使用是公知的;然而，該技術(shù)尚未用于在LED管芯中散射光。
[0026]在另一實(shí)施例中，在已經(jīng)生長(zhǎng)半導(dǎo)體層之后，諸如通過(guò)激光剝離移除生長(zhǎng)襯底，并且將另一襯底貼附到半導(dǎo)體層，諸如貼附到N型層12。這樣的襯底可以例如是玻璃、藍(lán)寶石、SiC、塑料、環(huán)氧樹(shù)脂或陶瓷。襯底38可以通過(guò)任何合適的粘合劑(諸如環(huán)氧樹(shù)脂或硅樹(shù)脂)或者通過(guò)將襯底材料直接熔合到LED半導(dǎo)體層而貼附到LED半導(dǎo)體層。對(duì)于所貼附的襯底，散射區(qū)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(jīng)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(qū)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(wǎng)印刷過(guò)程或其它過(guò)程將反射顆粒注入在所選區(qū)域中而同時(shí)襯底材料處于液體形式。然后使經(jīng)模制的襯底固化并且在已經(jīng)移除生長(zhǎng)襯底之后將其貼附到LED晶片。預(yù)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L(zhǎng)ED制造過(guò)程的其余部分提供機(jī)械支撐。LED晶片然后被單分。
[0027]反射顆?？梢岳缡荰12片或反射金屬片，諸如Ag片。在一個(gè)實(shí)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(jī)角度處。LED管芯的典型寬度在Imm的量級(jí)上。
[0028]在圖2的示例中，散射區(qū)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(qū)域40A-40C不阻擋向上發(fā)射的任何光。散射區(qū)域40A-40C還優(yōu)選地形成在作為欠佳反射表面的區(qū)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(jīng)過(guò)接觸件26和28之間的光將必須通過(guò)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(yōu)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(qū)域。
[0029]每一個(gè)散射區(qū)域40A-40C的形狀將針對(duì)要阻擋的特定下面的區(qū)域來(lái)定制。形狀可以是矩形、圓形等。每一個(gè)散射區(qū)域40A-40C的厚度取決于散射區(qū)域40A-40C的結(jié)構(gòu)。例如，如果散射區(qū)域40A-40C包含反射片，并且僅需要非常薄的片層以適當(dāng)?shù)刈钃豕庾矒粼谙旅娴膮^(qū)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(gè)實(shí)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(qū)域40A-40C可以離磷光體層20 25-250微米遠(yuǎn)。
[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(shí)施例中，磷光體層還可以覆蓋半導(dǎo)體層和襯底38的側(cè)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(qū)域上的各種光線。光線46由有源層14生成并且由散射區(qū)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(dǎo)