发光二极管的制作方法

本实用新型涉及半导体器件领域，具体为一种发光二极管。

背景技术：

面对各种各样的市场应用需求，可驱动更高电流密度的光源越来越受市场欢迎。以蓝宝石为衬底的水平结构发光二极管（lightemittingdiode，简称led），由于衬底散热问题和电流拥挤效应，在高电流密度下操作极易过热导致芯片烧毁，因此难以适用于超高电流密度下。垂直结构led的衬底可以置换成散热性和导热性良好的材料，减少电流拥挤效应，较广泛的应用于高电流密度（例如：≥2.5a/mm²）的光源。

例如，目前垂直式白光led芯片大量使用于手电筒和投射灯光源，通过较高的电流密度以获得更高的流明密度。然而，越来越大的电流密度对封装提出散热挑战，外量子效率随电流密度增大而降低，白光led芯片中荧光粉内散射比例增高导致最终输出流明密度受限，且增大了散热的压力。

技术实现要素：

本实用新型提出了一种led发光二极管，其可以工作在2.5a/mm²以上的高电流密度下。

一种发光二极管，包括：半导体发光叠层，包含第一类型半导体层、第二类型半导体层及夹在两者之间的有源层，具有相反的上表面、下表面及连接上、下表面的侧面，其中上表面为出光面；反射层，形成于所述半导体发光叠层的第二表面之上；透光层，形成于所述半导体发光叠层的上表面之上，并至少部分覆盖所述侧面，所述半导体发光叠层发射的光线经由该透光层的上表面和侧面向外射出，出光角为135°以上。

优选地，所述半导体发光叠层发射的光线经由所述透光层向外射出后的出光角为150°以上。

优选地，所述发光二极管的辐射光强随角度分布图呈椭圆形，其横轴直径大于纵轴的直径。所述透光层在所述半导体发光叠层的上表面的厚度大于其在所述半导体发光叠层的侧面的厚度。

优选地，所述透光层在在所述半导体发光叠层的上表面的厚度为100μm以上。

在一些实施例中，所述透光层包括第一层和第二层，其中第一层形成于所述半导体发光叠层的上表面，所述第二层为一波长转换层，形成在所述透光层的上表面及侧壁上，用于接收所述有源层发射的第一波长的光，并转换为第二波长的光，其中第二波长不同于第一波长。例如，该发光二极管为一白光芯片，此时有源层发射蓝光，由经波长转换层转换后形成白光。

优选地，所述第一层的折射率为1.45~1.55之间。

优选地，所述第一层的厚度为50μm以上。

在一些实施例中，所述第一层为透光硅胶。

在一些实施例中，所述第一层为透明蓝宝石衬底或者玻璃，通过一粘合层与所述半导体发光叠层连接。

在一些所述透光层还包括一光学层，该光学层透射所述有源层发射的第一波长的光线，反射经所述波长转换层转换后的第二波长的光线。

进一步地，该发光二极管还包括第一电极和第二电极，其从所述半导体发光叠层的下表面与所述半导体发光叠层形成电性连接。

进一步地，该发光二极管还包括基板，该基板上方设置电极焊盘和发光区，发光区与焊盘间有隔离区，所述半导体发光叠层形成于所述发光区，所述焊盘到所述半导体发光叠层的侧面的距离为50μm以上。

本实用新型同时提供了一种发光二极管，包括：半导体发光叠层，包含第一类型半导体层、第二类型半导体层及夹在两者之间的有源层，具有相反的上表面、下表面及连接上、下表面的侧面，其中上表面为出光面；反射层，形成于所述半导体发光叠层的下表面之上；透明层，形成于所述半导体发光叠层的上表面之上，其厚度为50μm以上；波长转换层，形成于所述透明层之上，并至少部分覆盖所述透明层的侧面，所述半导体发光叠层发射的光线通过该透明层并由其上表面和侧面向外射出。

本实用新型至少具有以下有益效果：（1）在垂直led芯片的半导体发光叠层之出光面设置一定厚度的透光层，使得有源层发射的光线通过透光层的上表面及侧面向外射出，增加发光二极管的出光面，增加发光二极管的出光角，使得芯片自身出光角可由垂直式led的110°增大至135°以上，甚至达到150°以上，在某些应用场合下可以简化二次配光；（2）通过增加芯片表面结构层形成更大的出射角，结合荧光膜贴合技术，增大荧光膜受激发面积，减少荧光粉内散射比例，增大出光效率。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例共同用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。

图1是一个剖面示意图，说明一个习知的白光led芯片。

图2为图1所示led芯片的配光曲线图。

图3是一个剖面示意图，说明本实用新型的一个实施例的led芯片。

图4是一个剖面示意图，说明本实用新型的一个实施例的led芯片的出光路径。

图5为图3所示led芯片的配光曲线图。

图6是一个曲线图，说明本实用新型的一个实施例的led芯片的波长与相对辐射强度的关系。

图7是一个剖面示意图，说明本实用新型的一个实施例的led芯片。

图8是一个剖面示意图，说明本实用新型的一个实施例的led芯片。

图9是一个剖面示意图，说明本实用新型的一个实施例的led芯片。

图10是一个剖面示意图，说明本实用新型的一个实施例的led芯片。

具体实施方式

下面结合示意图对本实用新型的发光二极管详细的描述，在进一步介绍本实用新型之前，应当理解，由于可以对特定的实施例进行改造，因此，本实用新型并不限于下述的特定实施例。还应当理解，由于本实用新型的范围只由所附权利要求限定，因此所采用的实施例只是介绍性的，而不是限制性的。除非另有说明，否则这里所用的所有技术和科学用语与本领域的普通技术人员所普遍理解的意义相同。

在以下的说明内容中，类似或相同的组件将以相同的编号来表示。

图1显示了一种垂直型白光发光二极管芯片，包括导电基板110，形成于导电基板的表面之上的半导体发光叠层、第一电极151和第二电极152，位于半导体发光叠层与基板之间连接层，及位于半导体发光叠层的上表面的波长转换层160。其中，该半导体发光叠层通常包括第一类型半导体层121、有源层122和第二类型半导体层123，该连接层包含第一连接层131和第二连接层132，两者之间借由绝缘层140实现电性隔离，其中第一连接层131电性连接第一类型半导体层121和第一电极152，第二连接层132具有一个或者多个从半导体发光叠层的下表面开始，向上表面延伸，贯穿第一类型半导体层121、有源层122，与第二类型半导体层123接触的延伸部133，该第二连接层132电性连接第二类型半导体层123和第二电极152，其中第一连接层131、第二连接层132、绝缘层140中至少有一层包含反射层，例如第一连接层131或者第二连接层132包含一金属反射层，或者绝缘层140由绝缘反射层构成，其中第二电极152可以形成于基板110的背面。在另一些实施例中，该第二电极152也可以形成于基板110的正面。

图2显示了该发光二极管的配光曲线图，从图中可以看出该发光二极管的出光角为114.19°，这是由于半导体发光叠层下方设置反射层，因此有源层发射的光线l主要从上表面射出，即为单面发光。在该发光二极管中基板110可以置换成散热性和导热性良好的材料（例如：si，cuw等），并且无电流拥挤效应，所以可以操作在超高电流密度下，具有更佳的光电转换效率。然而，当封装为白光器件时，白光led芯片中荧光粉内散射比例增高导致最终输出流明密度受限。以蓝光转白光为例，因有源层射出的蓝光功率集中于正表面，为达成蓝光完成转为白光，单面出光的芯片表面上需要更大密度的荧光粉，由此将带来的负面影响是更多的荧光粉散射损失，造成出光效率降低，即波长效率变差。

图3显示了本实用新型的一个较佳实施例的led芯片，包括半导体发光叠层、形成于半导体发光叠层的上表面s11并至少覆盖部分侧壁s13的透光层，形成于半导体发光叠层的下表面的s12的反射层，该半导体发光叠层包含第一类型半导体层221、第二类型半导体层223及夹在两者之间的有源层222，有源层222发射的光线经由该透光层的上表面s21和侧面s22向外射出，该透光层具有一定的厚度，从而增加侧面出光量，使其出光角达到135°以上。

具体的，该led芯片还包括一基板210、第一电极251和第二电极252，该基板210上方设置发光区和至少一个焊盘，发光区与焊盘间有隔离区，所述半导体发光叠层形成于该发光区，在焊盘上形成电极，在本实例中，在焊盘形成第一电极251，在基板的背面形成第二电极252。该半导体发光叠层可以包括第一类型半导体层221、有源层222和第二类型半导体层223，在半导体发光叠层的下表面设置有连接层，该连接层可以包含第一连接层231和第二连接层232，两者之间借由绝缘层240实现电性隔离，其中第一连接层231电性连接第一类型半导体层221和第一电极252，第二连接层232具有一个或者多个从半导体发光叠层的下表面开始，向上表面延伸，贯穿第一类型半导体层221、有源层222，与第二类型半导体层223接触的延伸部233，该第二连接层232电性连接第二类型半导体层223和第二电极252，其中第一连接层231、第二连接层232、绝缘层240中至少有一层包含反射层，反射有源层向下射出的光线，第二连接层可以包括一粘合层，用于粘结基板。在一个实施例，第一连接层231包含一金属反射层，优选反射率为90%以上，例如al或者ag，第二连接层232包括一金属键合层。在另一个实施例，可以同时在第一连接层和第二连接层中同时形成金属反射层叠，如此可以保证半导体发光叠层的下表面s12基本被反射导覆盖。在另一个实施例，可以采用反射性绝缘层作为绝缘层240，例如布拉格反射层，同时第二连接层包括金属反射层，从而形成全方位反射层。

在本实施例中，透光层包括第一层261和第二层262，其中第一层261为一加厚的透明层，其厚度优选为50μm以上，例如可以50~100μm，或者100~200μm。调整透明层的厚度，可以改变出光角，透明层的厚度越大，其出光角越大。例如，对于135°~150°之间的出光角，透明层的厚度可以为50~80μm，对于150°~160°之间的出光角，透明层的厚度可以为100~120μm，对于160°以上的出光角，透明层的厚度优选为120μm以上。该透明层的折射率优选介于空气和半导体发光叠层的折射率之间，以减少大角度的全内反射，实现最佳的出光效果。在一些实施例中，该透明层的折射率为1.45~1.55之间，可以为形成在该半导体发光叠层的上表面s11的硅胶层，也可以为一透明衬底结构，例如蓝宝石衬底或者玻璃，通过一粘合层（图中未示出）与所述半导体发光叠层连接。第二层261为一波长转换层，其形成透明层261的上表面s21，并至少覆盖透明层的部分侧面s22，该波长转换层吸收有源层发射的第一波长的光线，并激发出不同于第一波长的第二波长的光线。该波长转换层的厚度较佳为120μm以下，例如可以为20~50μm，或者50~80μm，或者80~100μm，或者100~120μm。以蓝光激发长波可见光为例，当波长转换层262的厚度达到100μm以上时，可以形成峰值波长约608nm的琥珀光，或者纯色补偿光，图6显示了波长转换层为100μm时，该发光二极管的波长与相对辐射强度的曲线图，从图中可以看出，蓝光段已无光强信号，蓝光光子0%逃逸，形成琥珀光。

图4和图5分别显示了该发光二极管的光路径及配光曲线图。本实施例所述发光二极管在半导体发光叠层的出光面增加加厚的透明层，使得有源层222发射的光线一部分l1从上表面s21射出，一部分l2从侧面s22射出，增大其出光角，使得芯片自身出光角可由垂直式led的110°增大至135°以上，形成一个多面发光芯片，其对应的配光曲线呈椭圆形，其中横轴直径大于纵轴的直径。在一个实施例中，透明层厚度为50~100μm，波长转换层的厚度为35~100μm，其出光角可以达到150°以上。

在实施例中，所述发光二极管通过增加透明层及波长转换层正面及侧壁包覆结构设计可以让光源在点亮时达到更大的出光角，形成多面发光（例如五面发光），从而使得有源层发射的第一波长的光分散（表现为发光角较大），使得出光面所覆盖的波长转换层的材料之密度下降（更大的披覆面积），光线内散射比例降低，从而提升光效。

优选的，电极151到所述半导体发光叠层的侧面s13的距离d为50μm以上，例如100μm，方便在半导体发光叠层的侧壁s13覆盖一荧光膜作为波长转换层262。

图7显示了本实用新型的另一个较佳实施例的led芯片，与图3所示发光二极管不同的是，透明层261的表面s20形成图案化，如此可以增加出光效果。

图8显示了本实用新型的再一个较佳实施例的led芯片，与图3所示发光二极管不同的是，该透光层还包括一光学层263，其位于透明层261与波长转换层262之间，用于透射有源层发射的第一波长的光线，并反射经所述波长转换层转换后的第二波长的光线。具体的，该光学层263可由低折介质层sio2和高折介质层tio2堆叠形成，通过合理配置高低折射率层的厚度实现对蓝光透射并对500nm及更长波长高反射。

图9显示了本实用新型的再一个较佳实施例的led芯片，与图3所示发光二极管不同的是，透明层261同时覆盖了半导体发光叠层的侧面s13，此时可以通过在该透明层的表面s20喷涂荧光粉形成波长转换层262。

图10显示了本实用新型的再一个较佳实施例的led芯片，与图3所示发光二极管不同的是，在半导体发光叠层的表面上仅形成一层加厚的透明层260，通过该透明层调整从而调整该发光二极管的出光角，使其达到125°以上。具体的，当透明层260的膜厚越大，侧向出光比例越大，会导致发光角变大。在一个实施例中，透明层的厚度为34μm，该led芯片的出光角为127°。一个实施例中，透明层的厚度为105μm，该led芯片的出光角为155°。一个实施例中，透明层的厚度为120μm，该led芯片的出光角达到158°。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。