CN104112804A - 发光二极管晶粒 - Google Patents
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Abstract
一种发光二极管晶粒，包括基板、形成在基板上的电学层及设置在电学层上的两电极，所述电学层包括一承载面，所述承载面上形成若干微结构，每一微结构沿电学层形成方向上的剖面呈三角形，所述微结构包括一顶面，所述顶面相对所述承载面为一斜面。本发明通过在电学层的承载面上进一步形成若干剖面呈三角形的微结构，与传统平台状的微结构相比，当自电学层发出的光线进入微结构后，由于顶面由水平面变为斜面，使得与顶面垂直的法线角度发生变化，部分原本发生全反射的光线与法线之间的入射角减小至小于全反射临界角，使得该部分光线不会发生全反射进而从微结构的顶面出射，从而提高所述发光二极管晶粒的出光效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体元件，尤其涉及一种发光二极管晶粒。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，LED)是一种可将电流转换成特定波长范围的光的半导体元件。发光二极管以其亮度高、工作电压低、功耗小、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长等优点，从而可作为光源而广泛应用于照明领域。
现有的发光二极管晶粒通常包括基板以及在基板表面形成的半导体发光结构，该半导体发光结构包括一承载面。为了避免光线在到达承载面时发生全反射现象而被反射回发光二极管晶粒内部，业界通常会利用黄光制程在发光二极管晶粒的承载面上制作图案化结构，以破坏承载面的全反射条件，提高出光效率。然而上述结构存在以下问题：传统的黄光制程仅能将该承载面制作成平台状图案，半导体发光结构发出的光线仍会容易在平台顶面处发生全反射而无法出射，从而无法大幅度提升发光二极管晶粒的出光效率。
发明内容
鉴于此，有必要提供一种具有较高出光效率的发光二极管晶粒。
一种发光二极管晶粒，包括基板、形成在基板上的电学层及设置在电学层上的两电极，所述电学层包括一承载面，所述承载面上形成若干微结构，每一微结构沿电学层形成方向上的剖面呈三角形，所述微结构包括一顶面，所述顶面相对所述承载面为一斜面。
本发明通过在电学层的承载面上进一步形成若干剖面呈三角形的微结构，与传统平台状的微结构相比，当自电学层发出的光线进入微结构后，由于顶面由水平面变为斜面，使得与顶面垂直的法线角度发生变化，部分原本发生全反射的光线与法线之间的入射角减小至小于全反射临界角，使得该部分光线不会发生全反射进而从微结构的顶面出射，从而提高所述发光二极管晶粒的出光效率。
附图说明
图1为本发明的发光二极管晶粒一较佳实施例的示意图。
图2为图1所示发光二极管晶粒的局部放大示意图。
图3为本发明所示发光二极管晶粒另一较佳实施例的示意图。
主要元件符号说明
| 发光二极管晶粒 | 100 |
| 基板 | 10 |
| 电学层 | 20 |
| 第一半导体层 | 21 |
| 发光层 | 22 |
| 第二半导体层 | 23 |
| 导电层 | 24 |
| 承载面 | 25、25a |
| 电绝缘层 | 26 |
| 第一电极 | 31 |
| 第二电极 | 32 |
| 微结构 | 40 |
| 底面 | 41 |
| 侧面 | 42 |
| 顶面 | 43 |
| 形成方向 | A |
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
如图1所示，为本发明第一实施例提供的发光二极管晶粒100，其包括：一基板10、形成在基板10上的电学层20、形成在电学层20上的第一电极31和第二电极32、及形成在电学层20上的若干微结构40。
所述基板10呈规则的平板状，其可由蓝宝石(sapphire)、碳化硅(SiC)、硅(Si)或氮化镓(GaN)等材料制成，本实施例中优选为蓝宝石。
电学层20包括依次形成在基板10上的第一半导体层21、发光层22、第二半导体层23，及形成在第二半导体层23上的导电层24。具体的，第一半导体层21、发光层22、第二半导体层23及导电层24采用金属有机气相沉积方法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)、分子束磊晶法(Molecular Beam Epitaxy; MBE)或氢化物气相磊晶法(Hydride Vapor Phase Epitaxy; HVPE)等方式依次形成在基板10上。
导电层24、第二半导体层23及发光层22的一侧(即图1中的右侧)被自上向下蚀刻而使第一半导体层21的一侧裸露以承载第一电极31。本实施例中第一半导体层21优选为N型氮化镓层，发光层22优选为多重量子阱(muti-quantum well)层，第二半导体层23优选为P型氮化镓层。该导电层24的表面形成一承载面25。该导电层24可采用氧化铟锡(ITO)、镍金合金(Ni/Au)等材料制作，优选采用氧化铟锡，以降低对出光造成的阻碍。
该第二电极32形成在该导电层24的顶面上。第一电极31和第二电极32可利用真空蒸镀或溅镀的方法形成。该导电层24确保电流均匀地从第二电极32输入第二半导体层23内部。
所述微结构40自该导电层24的承载面25向外凸伸形成。该若干微结构40设置在该导电层24的表面上。这些微结构40通过纳米印刷技术形成。该微结构40可采用硅氧化物（SiOx）、氮硅化合物（SiNx）、氧化铟锡(ITO)、环氧材料（epoxy）、硅（silicon）等透明材料制成。
请参阅图2，本实施例中，每一微结构40沿电学层20形成方向A上的剖面呈直角三角形。每一微结构40包括贴合承载面25的底面41，与该承载面25垂直的侧面42及连接底面41和侧面42自由端的顶面43。其中，所述底面41和侧面42相互垂直。底面41和侧面42的尺寸依据生物（如萤火虫）表面结构的比例进行仿生物设计。所述顶面43为一斜面。与平台状的微结构相比，当自电学层20发出的光线到达顶面时43，由于顶面由平台状变为斜面，使得与顶面垂直的法线角度发生变化，部分原本发生全反射的光线与法线之间的入射角减小至小于全反射临界角，使得该部分光线不会发生全反射而从微结构40的顶面43出射，从而提高所述发光二极管晶粒100的出光效率。可以理解的，该若干微结构40可根据出光方向的需求对应设置顶面43的朝向。其他实施例中，所述微结构40也可不为直角三角形，只需保证自电学层20发出的光线经微结构41进入，进而从侧面42和顶面43出射即可。
请参阅图3，还可在所述导电层24的表面至外露的第一半导体层21表面形成一电绝缘层26。该电绝缘层26用于避免第一电极31和第二电极32出现短路现象。该电绝缘层26的材质可采用二氧化硅（SiO2）。当然，所述电绝缘层26也可设置成包覆该发光二极管晶粒100除第一电极31和第二电极32以外的所有表面。此时，电绝缘层26的表面形成所述承载面25a，所述若干微结构40形成在所述承载面25a上。
本发明利用纳米印刷制程在承载面25、25a上形成若干剖面呈三角形的微结构40。与传统平台状的微结构相比，当自电学层20发出的光线到达顶面43时，由于顶面43由水平面变为斜面，使得与顶面43垂直的法线角度发生变化，部分原本发生全反射的光线与法线之间的入射角减小至小于全反射临界角，使得该部分光线不会发生全反射进而从微结构40的顶面43出射，从而提高所述发光二极管晶粒100的出光效率。
应该指出，上述实施方式仅为本发明的较佳实施方式，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (9)
1.一种发光二极管晶粒，包括基板、形成在基板上的电学层及设置在电学层上的两电极，所述电学层包括一承载面，其特征在于：所述承载面上形成若干微结构，每一微结构沿电学层形成方向上的剖面呈三角形，所述微结构包括一顶面，所述顶面相对承载面为一斜面。
2.如权利要求1所述的发光二极管晶粒，其特征在于：所述微结构自电学层的承载面向外凸伸形成。
3.如权利要求2所述的发光二极管晶粒，其特征在于：每一微结构包括位于该承载面上的一底面和与该底面相接的侧面，所述顶面连接所述底面和侧面，所述电学层发出的光线经底面进入所述微结构，并经所述顶面和侧面出射。
4.如权利要求3所述的发光二极管晶粒，其特征在于：所述微结构沿电学层形成方向上的剖面呈直角三角形，所述底面与所述侧面垂直。
5.如权利要求1所述的发光二极管晶粒，其特征在于：所述电学层包括依次形成在基板上的第一半导体层、发光层、第二半导体层及导电层，所述两电极分别设置在第一半导体层和导电层上，所述导电层的表面形成所述承载面。
6.如权利要求5所述的发光二极管晶粒，其特征在于：所述第一半导体层为N型氮化镓层，所述发光层为多重量子阱层，所述第二半导体层为P型氮化镓层，所述导电层为氧化铟锡层。
7.如权利要求1所述的发光二极管晶粒，其特征在于：所述电学层包括依次形成在基板上的第一半导体层、发光层、第二半导体层、导电层及电绝缘层，所述两电极分别设置在第一半导体层和导电层上，所述电绝缘层的表面形成所述承载面。
8.如权利要求7所述的发光二极管晶粒，其特征在于：所述第一半导体层为N型氮化镓层，所述发光层为多重量子阱层，所述第二半导体层为P型氮化镓层，所述导电层为氧化铟锡，所述电绝缘层为二氧化硅。
9.如权利要求1所述的发光二极管晶粒，其特征在于：所述微结构为透明结构，所述微结构采用硅氧化物、氮硅化合物、氧化铟锡、环氧材料、硅材料制成。
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