一种发光二极体及其光纯化方法与流程

1.本公开涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种发光二极体及其光纯化方法。


背景技术：

2.随着发光二极管技术的快速发展，发光二极管在各个领域中的应用越来越广泛。在这样的发展形势下，人们对显示装置色彩的要求越来越高，很多专家学者不断的提出有助于提高光的纯度的新材料和新结构。
3.以目前白光led而言，将蓝光搭配yag荧光粉来获得需要的白光，不同波长的蓝光必须搭配不同比例的荧光粉才能获得同一颜色的白光。举例来说波长为455nm的混合白光与波长为450nm混合白光所需要的荧光粉比例不同，才能将白光控制在cie x＝0.33y＝0.33的色坐标位置。以蓝光450nm为例，它是连续波长他包含了442mm-458nm之间的光，但是450nm的亮度最亮，荧光粉将针对450nm去调配，达成最好的效果，但是较弱的442nm的光也会去激发荧光粉所生成的白光就不会在色坐标所要的位置，导致人眼看到的白光就会偏冷色系，如果458nm偏亮这白光就会偏暖色系，所以如果能将led光控制的半宽越窄，如448nm-452nm之间，人眼可以感受的光不容易有色偏的感受。因微米级的led三原色激发成白光方式有别于传统的蓝光 yag荧光粉的激发方式，其所需的颜色越纯，即半宽越窄，则产生的演色性越高。
4.因此，现有的led芯片的结构不能满足微米级的led的激发需求，其亟需提供一种能够提高led光的纯度，减少色偏的光学结构。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本公开实施例提供一种发光二极体及其光纯化方法，至少部分解决现有技术中存在的问题。
6.第一方面，本公开实施例提供了一种发光二极体，包括：外延结构和镀在所述外延结构上的光纯化层；其中，所述光纯化层包括：第一反射层和多个出光孔，所述第一反射层镀在所述外延结构上，每个所述出光孔贯通所述第一反射层；其中，所述出光孔的孔径大小为预设出射光的波长的n倍，n为大于或者等于1的整数。
7.根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述第一反射层为al层。
8.根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述光纯化层还包括第二反射层，所述第二反射层镀在所述第一反射层上，每个所述出光孔贯穿所述第二反射层与所述第一反射层。
9.根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述第二反射层为aln层。
10.根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述第二反射层的高度大于所述第一反射层的高度。
11.根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述第一反射层为aln层。
12.根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述光纯化层还包括第二反射层，所述
第二反射层镀在所述第一反射层上，每个所述出光孔贯穿所述第二反射层与所述第一反射层。
13.根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述第二反射层的厚度为20～40um。
14.根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述出光孔为圆形孔。
15.根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述出光孔的出射光的波长为458nm～462nm。
16.根据本公开实施例的一种具体实现方式，相邻两个所述出光孔之间的距离不等于预设出射光的波长的n倍，n为大于或者等于1的整数。
17.第二方面，本公开实施例提供了一种发光二极体的光纯化方法，包括：
18.在发光二极体的外延结构上形成光纯化层；
19.图案化所述光纯化层，生成多个出光孔，其中，每个所述出光孔贯穿所述光纯化层，所述出光孔的孔径大小为预设出射光的波长的n倍，n为大于1或者等于的整数。
20.根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述在所述发光二极体的外延结构上形成光纯化层，包括：
21.在所述发光二极体的所述外延结构上镀第一反射层；
22.在所述第一反射层上镀第二反射层以形成光纯化层。
23.根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述图案化所述光纯化层，生成多个出光孔，包括：
24.图案化所述第二反射层与所述第一反射层，生成多个出光孔，其中，每个所述出光孔贯穿所述第二反射层与所述第一反射层，所述出光孔的孔径大小为预设出射光的波长的n倍，n为大于1或者等于的整数。
25.本公开实施例的方案，通过第一反射层将不需要的光滤掉，并且利用光波导原理在出光孔通道形成全反射，进而将所需的波长导出达成高演色性，提高了光的纯度。
附图说明
26.为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
27.图1为本公开实施例提供的一种发光二极体的光纯化方法的第一状态图；
28.图2为本公开实施例提供的一种发光二极体的光纯化方法的第二状态图；
29.图3为本公开实施例提供的一种发光二极体的光纯化方法的第三状态图；
30.图4为本公开实施例提供的一种发光二极体的光纯化方法的第四状态图；
31.图5为本公开另一实施例提供的一种发光二极体的光纯化方法的状态图；
32.图6为图5中的发光二极体蚀刻出光孔后的状态图；
33.图7为本公开实施例提供的一种发光二极体的光路图；
34.图8为本公开实施例提供的一种发光二极体的俯视图；
35.图9为本公开另一实施例提供的一种发光二极体的结构示意图；
36.图10为本公开另一实施例提供的一种发光二极体的结构示意图；
37.图11为本公开实施例提供的一种发光二极体的光纯化方法的工作流程示意图。
38.图中：
39.1-蓝宝石衬底，2-u-gan层，3-n型gan层，4-n-pad，5-p型gan，6-mqw层，7-p-pad，8-第一反射层，9-第二反射层，10-出光孔。
具体实施方式
40.下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
41.以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
42.需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
43.还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
44.另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
45.本公开实施例提供一种发光二极体的光纯化方法。
46.参见图1～图6、图11，本公开实施例提供的一种发光二极体的光纯化方法包括：
47.s101.在所述发光二极体的外延结构上形成光纯化层。
48.可选地，可以在外延结构上通过蒸镀或沉积的方式形成该光纯化层。
49.当然，在实际使用中，也可以通过其他方式在该发光二极体的外延结构上形成光纯化层，在此，不作具体限定。
50.应理解，发光二极体中设有外延结构(例如，该外延结构包括第一型半导体层、发光层和第二型半导体层，在此，不作具体限定)。
51.作为一种实施方式，将所述外延结构从衬底(或生长基板)上移除(也就是说，将衬底通过激光剥离的方式将该衬底剥离，留下该外延结构)；在移除后，在所述外延结构的上通过蒸镀或溅镀的工艺形成光纯化层。
52.s102.图案化所述光纯化层，生成多个出光孔，其中，每个所述出光孔贯穿所述光纯化层，所述出光孔的孔径大小为预设出射光的波长的n倍，n为大于1或者等于的整数。
53.采用设计好的模板对光纯化层进行处理，具体为将光纯化层蚀刻出多个出光孔，出光孔的设计便于提取需要的光。其中，所述出光孔的孔径大小为预设出射光的波长的n倍，n为大于1或者等于的整数。
54.采用本公开实施例的光纯化方法得到的发光二极体，通过光纯化层将不需要的光滤掉，并且利用光波导原理在出光孔通道形成全反射，进而将所需的波长导出达成高演色性，提高了光的纯度。
55.本发明实施例中，所述的外延结构包括蓝宝石衬底1、u型gan(氮化镓)层、n型gan层3、mqw(multiquantum well，多量子阱)层6、p型gan层5、n-pad4(n型电极)、p-pad7(p型电极)，本实施例中的外延结构仅为本发明提供的一种实施例说明，该外延结构还可以为其他形式，在此不做具体限定。
56.为了得到本发明实施例的光纯化结构，参照图1～图6，先采用面射型激光将蓝宝石衬底1移除，得到如图2所述的结构，将蓝宝石衬底1移除能减少因蓝宝石衬底1散热效率低带来的不良影响，取而代之采用散热效果好的材质作为光纯化层，提高散热效率。随后在外延结构的最外层进行光纯化层结构的制备，具体为，本发明实施例外延结构的最外层为u-gan层2，在u-gan层2上制备光纯化层。
57.可选地，所述光纯化层包括第一反射层8和第二反射层9，所述第一反射层8可以选择反射率高的材质，例如al、水银等高反射率金属。第一反射层在此结构中的作用是将不需要的光在此处过滤掉。本发明实施例优选al作为第一反射层8，考虑al的高反射性且成本低，并且可利用蒸镀技术完成镀膜。本发明实施例通过溅射镀膜的方式在u-gan层2上溅射一层al膜，或者通过e-gun(电子枪)喷射的方式在u-gan层2上镀al膜。其中al膜的厚度优选为2000～3000，当然并不限定在此范围。通过在u-gan层2镀al膜，实现不需要的光在此处过滤掉。al层完成后，再使用溅射镀膜的方法在al层上方镀一层第二反射层9，第二反射层9与第一反射层8介质不相同，可以选择aln、sic、gaas等散热性能好的衬底材质。
58.本公开实施例实现光纯化效果是利用了光波导原理
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即由光透明介质(如石英玻璃)构成的传输光频电磁波的导行结构。光波导的传输原理是在不同折射率的介质分界面上，电磁波的全反射现象使光波局限在波导及其周围有限区域内传播。利用光波导原理将所需的波长导出达成高演色性。因为光是电磁波的一种，在特定波长与特定空间下光将被局限在特定空间下达成全反射。故而在上述得到的al层和aln层的结构上，在aln层上用黄光显影曝光定义所需的图像，所需的图像为出光孔10需要的结构，然后用蚀刻法形成所需的图形，如图5所示，蚀刻得到的出光孔10的深度为穿透aln和al层。其中，所述出光孔10的大小需要根据所需要的出射光的波长的大小设计，其大小为需导出光的波长的n倍.如本案的孔洞大小为460nm。所述的出光孔的个数为多个，多个所述出光孔等间距排列。此外，相邻两个所述出光孔之间的距离不等于460nm的n倍
59.基于上述的光纯化方法，本发明实施例还提供一种发光二极体，如图4～图8所示，所述发光二极体包括：外延结构和镀在所述外延结构上的光纯化层，所述光纯化层包括：第一反射层和多个出光孔，所述第一反射层镀在所述外延结构上，每个所述出光孔贯通所述第一反射层，其中，所述出光孔的孔径大小为预设出射光的波长的n倍，n为大于或者等于1的整数。
60.本公开的方案，通过第一反射层8将不需要的光滤掉，并且利用光波导原理在出光
孔10通道形成全反射，进而将所需的波长导出达成高演色性，提高了光的纯度。
61.本发明实施例中，所述的外延结构包括蓝宝石衬底1、u型gan层、n型gan层3、mqw层6、p型gan层5。
62.需要说明的是，本实施例中的外延结构仅为本发明提供的一种实施例说明，该外延结构还可以为其他形式，例如，在另一实施例中，所述的外延结构还可以包括蓝宝石衬底、u型gan层、n型gan层、mqw层、电子阻挡层和p型gan层，其中n型gan层包括生长厚度较薄的薄n-gan层和生长厚度较厚的n-gan层。所述的薄n-gan层和厚的n-gan层交替生长，或者厚的n-gan层和薄n-gan层交替生长。交替生长周期为5～45个周期，n型gan掺杂si元素。采用此种结构的n-gan层蓝光led外延结构不但能够降低开启电压，还能够提高抗静电能力，有效提高led的亮度。
63.参照图6和图7所示的光纯化层结构，基于该结构对光路的形成进行说明。从mqw层6产生的光经过n-gan层3和u-gan层2到达光纯化层，从mqw层6产生的光的波长范围为455nm～465nm。在光纯化层处，由于增加了第一反射层，故而使得从u-gan处射出的光线在第一反射层8被反射回来，而为了获取所需要的出射光，因此光纯化层还包括了出光孔，出光孔通过在第一反射层进行蚀刻获得，通过设计出光孔，使得在出光孔10处只有满足出射条件的光线才会从出光孔10处射出，此处能射出的光线与出光孔10的大小相关，例如，如果需要导出的光线的波长为460nm，则将出光孔10的大小定为460nm的整数倍，则可以将出射的光的波长局限在460nm附近，为458nm～462nm。因此采用本发明实施例的光纯化层结构能够将正面出光的波长局限在460nm附近。因为光在特定空间下达成全反射，想要将需要的光取出，对于455nm的波长或者是465nm的波长的通道来说，这两者都不是全反射条件，因此在一定路径下会因折射从其他角度出光或是因折射无出去路径而变成热能，即会出现损失，以使得正面出光的波长局限在460nm附近。
64.本发明实施例的第一反射层8为al，所述第一反射层8可以选择反射率高的材质，例如al、铜等高反射率金属。
65.在其他实施例中，所述外延结构可以不包括u型gan层(即未掺杂氮化镓层)。即所述外延结构包括蓝宝石衬底1、n型gan层3、mqw层6、p型gan层5。所述第一反射层镀在n型gan层3上，光路出射的路线为从mqw层6产生的光经过n-gan层3到达光纯化层最后到达人眼。
66.在本发明的另一实施例中，如图5和图6所示，所述光纯化层还包括第二反射层，所述第二反射层镀在所述第一反射层上，每个所述出光孔贯穿所述第二反射层与所述第一反射层。其中所述第二反射层9aln，还可以选择sic、gaas等散热性能好的衬底材质。将蓝宝石衬底1移除，选择aln改善了散热效率，减少因为热产生的影响。
67.此外，所述第二反射层9的厚度为20～40um，优选为30um。需要说明的是，所述第二反射层的高度大于所述第一反射层的高度。第一反射层厚度优选为2000～3000。
68.进一步地，所述出光孔10的形状为圆形，选择圆形的出光孔10使得采用本发明实施例光纯化结构得到的光纯化效果更好。当然在其他实施例中还可以选择其他形状的出光孔10，例如方形的出光孔10、六边形的出光孔10等等。
69.本公开实施例的方案，通过第一反射层将不需要的光滤掉，并且利用光波导原理在出光孔通道形成全反射，进而将所需的波长导出达成高演色性，提高了光的纯度。
70.在另一优选实施例中，如图9所示，所述发光二极体包括：外延结构和镀在所述外
延结构上的光纯化层，所述光纯化层包括：第一反射层和多个出光孔，所述第一反射层镀在所述外延结构上，每个所述出光孔贯通所述第一反射层，其中，所述出光孔的孔径大小为预设出射光的波长的n倍，n为大于或者等于1的整数。其中，所述第一反射层为aln层。
71.在本实施例中，所述第一反射层选择aln作为该反射层，同样地，所述的外延结构包括蓝宝石衬底1、u型gan层、n型gan层3、mqw层6、p型gan层5。从mqw层6产生的光经过n-gan层3和u-gan层2到达aln反射层，从mqw层6产生的光的波长范围为455nm～465nm。经过aln反射层的光线有一部分将被反射，使得从出光孔出射的光线被纯化。
72.此外，如图10所示，在本实施例中，所述光纯化层还包括第二反射层，所述第二反射层镀在所述第一反射层上，每个所述出光孔贯穿所述第二反射层与所述第一反射层。所述第二反射层为al层。并且所述第二反射层的高度小于所述第一反射层的高度。
73.以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。