白色LED及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种白色ＬＥＤ，其包括：ＬＥＤ芯片，其在蓝宝石基板的一个主面上形成有包含发光层的半导体层叠结构，并发出预定波长的光；光取出膜，其粘贴在基板的另一个主面上，该光取出膜用折射率与所述基板的折射率相差在±５％以内的材料形成，而且处在基板相反一侧的面被形成为凹凸形状；面对所述光取出膜并处在所述基板相反一侧面设置的荧光体，该荧光体因通过光取出膜得到的光的入射而产生白色光。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及白色LED(发光二极管Light Emitting Diode)，特别涉及谋求改进光取出部分的白色LED及其制造方法。
技术介绍
使用蓝宝石(Al2O3)作为基板的白色LED的构成是在基板的一个主面上形成发出紫外光的LED，在基板的另一个主面上配置荧光体。这样，借助于荧光体便可以将紫外光转换成白色光。在这种白色LED中，由于作为基板的蓝宝石的折射率高达1.76，所以产生的问题是在基板表面及界面因反射而引起光的损失。为此，在蓝宝石-空气之间只能取出32％左右的光，从而难以有效地将元件内部产生的光引向外部。为提高LED的光取出效率，就通过在发光元件的表面形成纳米尺寸的规则结构(凹凸)来提高透射比的课题进行了研究(Applied PhysicsLetters，142，vol78，2001，Jpn.J.Appl.Phys.，L735，vol39，2000)。由于凹凸是纳米尺寸，所以凹凸区域感觉像是光的折射率从半导体表面到空气中是平滑地变化的层。为此，反射得以消除，光完全地得以透过。另外，作为使表面粗化的技术，为人所知的有利用盐酸、硫酸、过氧化氢或它们的混合液进行表面处理的技术(特开2000-299494号公报)。这种方法通过用表面处理来形成微米尺寸的凹凸，利用光在凹凸处产生的多次散射来取出多数光。但是，即使要与上述同样地在蓝宝石表面形成凹凸形状，但要形成良好的凹凸形状是比较困难的。也就是说，即使要利用抗蚀剂掩模等而采用干式蚀刻法加工蓝宝石，蓝宝石也是非常难以进行蚀刻的材料。即使选择最适合的蚀刻气体，与抗蚀剂的蚀刻速度之比充其量为1左右。为此，形成所期望的凹凸结构、特别是以亚微米尺寸形成纵横尺寸比较高的凹凸形状是困难的。这样一来，以前不能在蓝宝石基板的表面上形成良好的凹凸形状，这是成为白色LED的光取出效率低下的主要原因。
技术实现思路
本专利技术的一个方案涉及一种白色LED，其包括蓝宝石基板，其具有第1主面和处在第1主面相反一侧的第2主面；在所述基板的第1主面上形成的LED芯片，该LED芯片由含有发光层的半导体层叠结构所形成，并发出预定波长的光；粘贴在所述基板的第2主面上的光取出膜，该光取出膜用折射率与所述基板的折射率相差在±5％以内的材料形成，该光取出膜的处在所述基板相反一侧的面被加工成凹凸形状；面对所述光取出膜并处在所述基板相反一侧而设置的荧光体，该荧光体因通过所述光取出膜得到的光的入射而产生白色光。本专利技术的另一个方案涉及一种白色LED，其包括蓝宝石基板，其具有第1主面和处在第1主面相反一侧的第2主面；在所述基板的第1主面上形成的LED芯片，该LED芯片由含有发光层的半导体层叠结构所形成，并发出预定波长的光；粘贴在所述基板的第2主面上的光取出膜，该光取出膜用折射率与所述基板的折射率相差在±5％以内的材料形成，该光取出膜的处在所述基板相反一侧的面上形成有多个凸结构，该凸结构从所述基板一侧开始，依次具有以下3种结构形成折射率梯度结构的圆锥状台面(mesa)部，形成衍射格子结构的圆柱部，以及形成折射率梯度结构的圆锥部；面对所述光取出膜并处在所述基板相反一侧而设置的荧光体，该荧光体因通过所述光取出膜得到的光的入射而产生白色光。本专利技术的又一个方案涉及一种白色LED的制造方法，其包括在蓝宝石基板的第1主面上，形成具有包含发光层的半导体层叠结构的LED芯片；在所述基板的处于所述第1主面相反一侧的第2主面上，形成折射率与所述基板的折射率相差在±5％以内的薄膜；在所述薄膜上，形成圆形图案(pattern)呈周期性排列的掩模；利用所述掩模并采用反应性离子蚀刻法对所述薄膜有选择性地进行蚀刻，藉此形成具有凹凸形状的光取出膜；在所述光取出膜上，形成因光的入射而产生白色光的荧光体膜。本专利技术的再一个实施方案涉及一种白色LED的制造方法，其包括在蓝宝石基板的第1主面上，形成具有包含发光层的半导体层叠结构的LED芯片；在所述基板的处于第1主面相反一侧的第2主面上，形成具有与所述基板的折射率相差在±5％以内的折射率的薄膜；在所述薄膜上，形成圆形图案呈周期性排列的掩模；利用所述掩模并采用反应性离子蚀刻法对所述薄膜有选择性地进行蚀刻，藉此形成凸结构的多个圆柱部；除去所述掩模后，采用使用不活泼气体的物理蚀刻法对所述薄膜进行蚀刻，藉此在所述圆柱部的底部形成台面部，同时在该圆柱部的顶部形成圆锥部；在形成有所述圆柱部、台面部及圆锥部的薄膜上，形成因光的入射而产生白色光的荧光体膜。本专利技术的另一其它方案涉及一种白色LED的制造方法，其包括在蓝宝石基板的第1主面上，形成具有包含发光层的半导体层叠结构的LED芯片；在所述基板的处于第1主面相反一侧的第2主面上，形成多个柱状图案；埋入具有与所述基板的折射率相差在±5％以内的折射率的薄膜以填埋所述柱状图案的间隙；除去所述柱状图案后，通过对所述薄膜进行退火，形成具有凹凸形状的光取出膜；在所述光取出膜上，形成因光的入射而产生白色光的荧光体膜。附图说明图1是表示本专利技术的一个实施方案的白色LED的主要部分之构成的剖面图。图2是表示本专利技术的一个实施方案的白色LED的整个构成的剖面图。图3A～3D用于说明本专利技术的一个实施方案的白色LED的制作工序，是表示如下方法的工序剖面图，该方法利用了使用嵌段共聚物的微相分离结构。图4A、4B用于说明本专利技术的一个实施方案的白色LED的制作工序，是表示如下方法的工序剖面图，该方法将作为聚合物小珠(bead)的PS微粒子作为掩模。图5A、5B用于说明本专利技术的一个实施例的白色LED的制作工序，是表示使用电子束描绘的方法的工序剖面图。图6A～6D是表示第3实施方案的白色LED的制作工序的剖面图。图7是表示凸结构的具体构成的剖面图。图8A～8D是表示第4个实施方案的白色LED的制作工序的剖面图。图9A～9C是表示第8个实施方案的白色LED的制作工序的剖面图。具体实施例方式下面根据图示的实施方案就本专利技术进行详细的说明。图1是表示本专利技术的一个实施方案的白色LED的示意构成的剖面图。在蓝宝石(单晶Al2O3)基板10的一个主面(第1主面)上，形成有n-AlGaN接触层11、n-AlGaN包覆层(clad layer)12、n-AlGaN活性层(SL活性层)13、p-AlGaN包覆层(SL包覆层)14、p-GaN接触层15。然后，在p侧接触层15上形成p电极16，在n侧接触层11上形成n侧电极17。将其切割成芯片并作为发光元件。活性层13发出的光便可以从没有形成LED的蓝宝石基板10的另一面(第2主面)取出。本实施方案的LED本身的发光波长处在紫外光区域(300～400nm)。到此为止的基本构成实质上与以前的白色LED相同。除此以外，在本实施方案中，作为光取出膜19，将具有折射率与蓝宝石程度相同的材料的薄膜粘贴在蓝宝石基板10的另一个主面(第2主面)上，并在该薄膜的表面形成凹凸形状。此外，如图2所示，实际的白色LED的构成是在结构如图1所示的LED20的发光面侧(基板10的背面侧)，将白色用荧光体21形成为薄膜状，然后用环氧树脂22对它们进行密封。这样，入射来自LED20的紫外光，荧光体21便发出白色光。〔发光元件的制造方法〕下面就这样的白色LED的制造方法，特别是光取出部分的制造方法进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种白色ＬＥＤ，其包括：蓝宝石基板，其具有第１主面和处在第１主面相反一侧的第２主面；在所述基板的第１主面上形成的ＬＥＤ芯片，该ＬＥＤ芯片由含有发光层的半导体层叠结构所形成，并发出预定波长的光；粘贴在所述基板的第２主面 上的光取出膜，该光取出膜用折射率与所述基板的折射率相差在±５％以内的材料形成，该光取出膜的处在所述基板相反一侧的面被加工成凹凸形状；面对所述光取出膜并处在所述基板相反一侧而设置的荧光体，该荧光体因通过所述光取出膜得到的光的入射而产生 白色光。

【技术特征摘要】
JP 2005-2-10 034581/20051.一种白色LED，其包括蓝宝石基板，其具有第1主面和处在第1主面相反一侧的第2主面；在所述基板的第1主面上形成的LED芯片，该LED芯片由含有发光层的半导体层叠结构所形成，并发出预定波长的光；粘贴在所述基板的第2主面上的光取出膜，该光取出膜用折射率与所述基板的折射率相差在±5％以内的材料形成，该光取出膜的处在所述基板相反一侧的面被加工成凹凸形状；面对所述光取出膜并处在所述基板相反一侧而设置的荧光体，该荧光体因通过所述光取出膜得到的光的入射而产生白色光。2.根据权利要求1所述的白色LED，其中所述光取出膜的凹凸形状的间隔为50nm～1μm，高度为100nm～1μm。3.根据权利要求1所述的白色LED，其中所述光取出膜为SiON膜、Y2O3膜、MgO膜、Sm2O3膜、Nd2O3膜、无定形Al2O3膜或SiO2-TiO2膜。4.根据权利要求1所述的白色LED，其中所述LED芯片发出紫外光，所述荧光体把紫外光转换成白色光。5.一种白色LED，其包括蓝宝石基板，其具有第1主面和处在第1主面相反一侧的第2主面；在所述基板的第1主面上形成的LED芯片，该LED芯片由含有发光层的半导体层叠结构所形成，并发出预定波长的光；粘贴在所述基板的第2主面上的光取出膜，该光取出膜用折射率与所述基板的折射率相差在±5％以内的材料形成，该光取出膜的处在所述基板相反一侧的面上形成有多个凸结构，该凸结构从所述基板一侧开始，依次具有以下3种结构形成折射率梯度结构的圆锥状台面部，形成衍射格子结构的圆柱部，以及形成折射率梯度结构的圆锥部；面对所述光取出膜并处在所述基板相反一侧而设置的荧光体，该荧光体因通过所述光取出膜得到的光的入射而产生白色光。6.根据权利要求5所述的白色LED，其中所述光取出膜为SiON膜、Y2O3膜、MgO膜、Sm2O3膜、Nd2O3膜、无定形Al2O3膜或SiO2-TiO2膜。7.根据权利要求5所述的白色LED，其中所述LED芯片发出紫外光，所述荧光体把紫外光转换成白色光。8.一种白色LED的制造方法，其包括在蓝宝石基板的第1主面上，形成具有包含发光层的半导体层叠结构的LED芯片；在所述基板的处于所述第1主面相反一侧的第2主面上，形成折射率与所述基板的折射率相差在±5％以内的薄膜；在所述薄膜上，形成圆形图案呈周期性排列的掩模；利用所述掩模并采用反应性离子蚀刻法对所述薄膜有选择性地进行蚀刻，藉此形成具有凹凸形状的光取出膜；在所述光取出膜上，形成因光的入射而产生白色光的荧光体膜。9.根据权利要求8所述的白色LED的制造方法，其中形成所述掩模的工序是通过利用了嵌段共聚物的微相分离结构的蚀刻而在所述薄膜上形成凹凸结构。10.根据权利要求8所述的白色LED的制造方法，其中形成所述掩模的工序是将在溶剂中溶解了嵌段共聚物的溶液涂布在所述薄膜上，之后通过预烘烤使所述溶剂气化而形成掩模材料层，继而通过对所述掩模材料层实施退火而进行所述嵌段共聚物的相分离，然后采用蚀刻气体有选择性地蚀刻相分离的嵌段共聚物。11.根据权利要求8所述的白色LED的制造方法，其中形成所述掩模的工序是在使PS粒子单一分散的水溶液中，浸渍形成有所述薄膜的基板，...

【专利技术属性】
技术研发人员：藤本明，浅川钢儿，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]