CN111081838A - 一种正装led芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种正装LED芯片及其制作方法，所述芯片包括衬底、发光结构、电极结构、半遮挡金属层、保护层和反射层；所述发光结构设于衬底上，所述电极结构设于发光结构上，所述电极结构包括第一电极和第二电极，所述半遮挡金属层设于第二电极与发光结构之间，所述保护层覆盖在电极结构以外的发光结构和半遮挡金属层上，所述反射层设置在保护层上；所述半遮挡金属层由金属制成，其透光率为40％～60％；所述反射层由透光材料制成，其反射率为50％～80％；有源层发出的光经过半遮挡层和反射层出射，芯片轴向出光减少，发光角度增大。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种正装LED芯片及其制作方法。
背景技术
LED作为新一代的固态光源，具有节能环保、高光效、使用寿命长、稳定性高等优点。
参见图1，现有的正装LED芯片包括衬底10、设于衬底10上的第一半导体层21、设于第一半导体层21上的有源层22和第一电极25、设于有源层22上的第二半导体层23、以及设于第二半导体层23上的第二电极24。其中，有源层22发出的光从背向衬底10一侧出射，现有的正装LED芯片，其发光角度最大只能达到130度，难以满足客户需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种正装LED芯片，结构简单，发光角度大。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种正装LED芯片的制作方法，结构简单，发光角度大。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种正装LED芯片，包括衬底、发光结构、电极结构、半遮挡金属层、保护层和反射层；
所述发光结构设于衬底上，所述电极结构设于发光结构上，所述电极结构包括第一电极和第二电极，所述半遮挡金属层设于第二电极与发光结构之间，所述保护层覆盖在电极结构以外的发光结构和半遮挡金属层上，所述反射层设置在保护层上；
所述半遮挡金属层由金属制成，其透光率为40％～60％；
所述保护层由透光的绝缘材料制成；
所述反射层由透光材料制成，其反射率为50％～80％；
有源层发出的光经过半遮挡层和反射层出射，芯片轴向出光减少，发光角度增大。
作为上述方案的改进，所述半遮挡金属层由银、铝和金中的一种或几种制成，其厚度为10～100埃；
所述透明导电层为ITO层。
作为上述方案的改进，所述反射层由若干对反射膜组组成，所述反射膜组由第一膜层和第二膜层组成，所述第一膜层的折射率低于第二膜层的折射率。
作为上述方案的改进，所述第一膜层的折射率为1.2～1.4，所述第二膜层的折射率为1.5～2.5；
所述第一膜层的材料为SiO2或Mg2O5，所述第二膜层的材料为SiNx、Al2O3或Ti2O5。
作为上述方案的改进，所述反射层由2～10对反射膜组组成。
作为上述方案的改进，所述发光结构包括外延层、透明导电层和裸露区域，所述外延层包括依次设于衬底上的第一半导体、有源层和第二半导体层，所述裸露区域沿着第二半导体层刻蚀至第一半导体层，所述透明导电层设置在第二半导体层，所述半遮挡金属层设于透明导电层上，所述第二电极设于半遮挡金属层，所述第一电极设于裸露区域的第一半导体层上。
相应地，本发明还提供了一种正装LED芯片的制作方法，包括：
在衬底上形成发光结构，所述发光结构包括外延层、透明导电层和裸露区域，所述外延层包括依次设于衬底上的第一半导体、有源层和第二半导体层，所述裸露区域沿着第二半导体层刻蚀至第一半导体层，所述透明导电层设置在第二半导体层；
在透明导电层上形成半遮挡金属层，所述半遮挡金属层由金属制成，其透光率为40％～60％；
在裸露区域的第一半导体层上形成第一电极，在半遮挡金属层上形成第二电极；
在第一电极和第二电极以外的发光结构和半遮挡金属层上形成保护层，所述保护层由透光的绝缘材料制成；
在保护层上形成反射层，所述反射层由透光材料制成，其反射率为50～80％；
有源层发出的光经过半遮挡层、保护层和反射层出射，芯片轴向出光减少，发光角度增大。
作为上述方案的改进，所述半遮挡金属层由银、铝和金中的一种或几种制成，其厚度为10～100埃；
所述透明导电层为ITO层。
作为上述方案的改进，在形成半遮挡金属层后，对发光结构进行退火处理，以使半遮挡金属层与透明导电层形成共晶，其中，退火温度为400～550℃，退火时间为10～20min。
作为上述方案的改进，所述反射层由若干对反射膜组组成，所述反射膜组由第一膜层和第二膜层组成，所述第一膜层的折射率低于第二膜层的折射率；
所述第一膜层的材料为SiO2或Mg2O5，所述第二膜层的材料为SiNx、Al2O3或Ti2O5。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明提供的一种正装LED芯片，包括衬底、发光结构、电极结构、半遮挡金属层、保护层和反射层；所述半遮挡金属层设于第二电极与发光结构之间，所述保护层覆盖在电极结构以外的发光结构和半遮挡金属层上，所述反射层设置在保护层上；其中，
所述半遮挡金属层由金属制成，用于遮挡反弹发光结构的部分轴向出光，其透光率为40％～60％；
所述反射层由透光材料制成，用于反射芯片正面射出的光，其反射率为50％～80％；
本发明通过半遮挡金属层和反射层的相互配合，减少芯片的轴向出光，使芯片的发光角度达到165～180度。
附图说明
图1是现有正装LED芯片的结构示意图；
图2是本发明正装LED芯片的结构示意图；
图3是本发明实施例和对比例的出光角度图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
参见图2，本发明提供的一种正装LED芯片，包括衬底10、发光结构、电极结构、半遮挡金属层40、保护层50和反射层60。
所述发光结构包括外延层、透明导电层24和裸露区域，所述外延层包括依次设于衬底10上的第一半导体层21、有源层22和第二半导体层23，所述裸露区域沿着第二半导体层23刻蚀至第一半导体层21，所述透明导电层24设置在第二半导体层23。
具体的，本发明的衬底10为蓝宝石衬底，但不限于此。所述第一半导体层21为N型GaN层，所述有源层22为多量子阱层，所述第二半导体层23为P型GaN层，所述透明导电层24为ITO层。
本发明的半遮挡金属层40设于透明导电层24上，用于遮挡反弹发光结构的部分轴向出光，以增加芯片的发光角度。
本发明的半遮挡金属层40由金属制成，其透光率必须为40％～60％。若半遮挡金属层40的透光率过低，其遮挡的光线过多，影响最终的出光效率；若半遮挡金属层40的透光率过高，则难以起到遮挡光线的作用。优选的，半遮挡金属层40的透光率为45％～65％。更优的，半遮挡金属层40的透光率为50％。
由于本发明的半遮挡金属层40设于透明导电层24上，为了保证其具有良好的导电性能，并且能够与透明导电层24形成良好的共晶，优选地，所述半遮挡金属层40由银、铝和金中的一种或几种制成。更优的，所述半遮挡金属层40由银制成。
需要说明的是，本发明半遮挡金属层40的透光率除了受自身的材料影响外，还受其自身的厚度影响。为了保证半遮挡金属层40的透光率为40％～60％，本发明半遮挡金属层40的厚度为10～100埃。若本发明半遮挡金属层40的厚度小于10埃，则透光率过高，若本发明半遮挡金属层40的厚度大于100埃，则透光率过低。更优的，所述半遮挡金属层40的厚度为30～60埃。
所述电极结构包括第一电极31和第二电极32，所述第二电极32设于半遮挡金属层40上，所述第一电极31设于裸露区域的第二半导体层23上。
本发明的保护层50覆盖在电极结构以外的发光结构和半遮挡金属层40上，以保护发光结构和半遮挡金属层40。具体的，所述保护层50由透光的绝缘材料制成。
本发明的反射层60设于保护层50上，用于反射芯片正面射出的光，以增加芯片的发光角度。
本发明的反射层60由透光材料制成，其反射率必须为50％～80％。若反射层60的反射率低于50％，则不能与半遮挡金属层40配合形成半反射，不能增加出光角度；若反射层60的反射率大于80％，则会反射过多的轴向出光，影响芯片的出光均匀性。优选的，反射层60的反射率为50％～60％。更优的，反射层60的反射率为55％～60％。
优选的，所述反射层60由若干对反射膜组组成，所述反射膜组由第一膜层和第二膜层组成，所述第一膜层的折射率低于第二膜层的折射率。
为了保证反射层60的反射率为50％～80％，所述第一膜层的折射率为1.2～1.4，所述第二膜层的折射率为1.5～2.5。优选的，所述第一膜层的材料为SiO2或Mg2O5，所述第二膜层的材料为SiNx、Al2O3或Ti2O5。
本发明的反射层60采用上述材料制成，不仅出光效率高，还能满足反射率的要求。
需要说明的是，反射层60的反射率不仅受材料的影响，还受其本身厚度的影响。优选的，所述反射层60由2～10对反射膜组组成。
本发明正装LED芯片从有源层22发出的光经过半遮挡层40和反射层60出射，芯片轴向出光减少，发光角度增大。半遮挡层和反射层受自身材料和厚度的影响，以及要保证芯片的光电性能，所述半遮挡金属层的透光率必须为40％～60％，所述反射层的反射率必须为50％～80％。若芯片只设有其中一层，则发光角度难以达到160度，本发明只有通过半遮挡层和反射层的相互配合，才能使芯片的发光角度达到160以上。
相应地，本发明还提供了一种正装LED芯片的制作方法，包括以下步骤：
一、在衬底上形成发光结构；
具体的，采用MOCVD在衬底上形成外延层，所述外延层包括依次设于衬底上的第一半导体、有源层和第二半导体层；对外延层进行刻蚀，刻蚀至第一半导体层形成裸露区域；在第二半导体层上形成透明导电层。
本发明的衬底为蓝宝石衬底，但不限于此。所述第一半导体层为N型GaN层，所述有源层为多量子阱层，所述第二半导体层为P型GaN层，所述透明导电层为ITO层。
二、在透明导电层上形成半遮挡金属层；
采用蒸镀或磁控溅射方法在透明导电层上沉积金属，形成半遮挡金属层，其中，所述半遮挡金属层的透光率为40％～60％。
本发明的半遮挡金属层设于透明导电层上，用于遮挡反弹发光结构的部分轴向出光，以增加芯片的发光角度。
本发明的半遮挡金属层由金属制成，其透光率必须为40％～60％。若半遮挡金属层的透光率过低，其遮挡的光线过多，影响最终的出光效率；若半遮挡金属层的透光率过高，则难以起到遮挡光线的作用。优选的，半遮挡金属层的透光率为45％～65％。更优的，半遮挡金属层的透光率为50％。
由于本发明的半遮挡金属层设于透明导电层上，为了保证其具有良好的导电性能，并且能够与透明导电层形成良好的共晶，优选地，所述半遮挡金属层由银、铝和金中的一种或几种制成。更优的，所述半遮挡金属层由银制成。
需要说明的是，本发明半遮挡金属层的透光率除了受自身的材料影响外，还受其厚度的影响。为了保证半遮挡金属层的透光率为40％～60％，本发明半遮挡金属层的厚度为10～100埃。若本发明半遮挡金属层的厚度小于10埃，则透光率过高，若半遮挡金属层的厚度大于100埃，则透光率过低。更优的，所述半遮挡金属层的厚度为30～60埃。
三、对发光结构进行退火处理；
由于半遮挡金属层与透明导电层之间的附着能力不佳，为了防止半遮挡金属层脱落，本发明对半遮挡金属层和透明导电层进行退火处理，以使两者形成共晶。优选的，退火温度为400～550℃，退火时间为10～20min。
四、在裸露区域的第一半导体层上形成第一电极，在半遮挡金属层上形成第二电极；
五、形成保护层；
本发明的保护层覆盖在电极结构以外的发光结构和半遮挡金属层上，以保护发光结构和半遮挡金属层。具体的，所述保护层由透光的绝缘材料制成。
六、在保护层上形成反射层；
具体的，采用离子源蒸镀工艺在保护层上形成反射层。本发明的反射层用于反射芯片正面射出的光，以增加芯片的发光角度。
本发明的反射层由透光材料制成，其反射率必须为50％～80％。若反射层的反射率低于50％，则不能与半遮挡金属层配合形成半反射，不能增加出光角度；若反射层的反射率大于80％，则会反射过多的轴向出光，影响芯片的出光均匀性。优选的，反射层的反射率为50％～60％。更优的，反射层的反射率为55％～60％。
优选的，所述反射层由若干对反射膜组组成，所述反射膜组由第一膜层和第二膜层组成，所述第一膜层的折射率低于第二膜层的折射率。
为了保证反射层的反射率为50％～80％，所述第一膜层的折射率为1.2～1.4，所述第二膜层的折射率为1.5～2.5。优选的，所述第一膜层的材料为SiO2或Mg2O5，所述第二膜层的材料为SiNx、Al2O3或Ti2O5。
本发明的反射层采用上述材料制成，不仅出光效率高，还能满足反射率的要求。
需要说明的是，反射层的反射率不仅受材料的影响，还受其本身厚度的影响。优选的，所述反射层由2～10对反射膜组组成。
本发明正装LED芯片从有源层发出的光经过半遮挡层和反射层出射，芯片轴向出光减少，发光角度增大。
下面将以具体实施例来进一步阐述本发明
实施例1
一种正装LED芯片，包括衬底、发光结构、电极结构、半遮挡金属层、保护层和反射层；所述发光结构设于衬底上，所述电极结构设于发光结构上，所述电极结构包括第一电极和第二电极，所述半遮挡金属层设于第二电极与发光结构之间，所述保护层覆盖在电极结构以外的发光结构和半遮挡金属层上，所述反射层设置在保护层上；所述保护层由透光的绝缘材料制成；
所述半遮挡金属层由金制成，厚度为20埃，其透光率为40％；所述反射层由2对反射膜组组成，所述反射膜组由SiO2层和SiNx层组成，其反射率为50％；
有源层发出的光经过半遮挡层和反射层出射，芯片的出光角度为160度。
实施例2
一种正装LED芯片，包括衬底、发光结构、电极结构、半遮挡金属层、保护层和反射层；所述发光结构设于衬底上，所述电极结构设于发光结构上，所述电极结构包括第一电极和第二电极，所述半遮挡金属层设于第二电极与发光结构之间，所述保护层覆盖在电极结构以外的发光结构和半遮挡金属层上，所述反射层设置在保护层上；所述保护层由透光的绝缘材料制成；
所述半遮挡金属层由铝制成，厚度为80埃，其透光率为55％；所述反射层由8对反射膜组组成，所述反射膜组由Mg2O5层和Ti2O5层组成，其反射率为60％；
有源层发出的光经过半遮挡层和反射层出射，芯片的出光角度为175度。
对比例1
一种正装LED芯片，包括衬底、发光结构和电极结构；所述发光结构设于衬底上，所述电极结构设于发光结构上，所述电极结构包括第一电极和第二电极。
有源层发出的光背向衬底一侧出射，芯片的出光角度为130度。
对比例2
一种正装LED芯片，包括衬底、发光结构、电极结构、保护层和反射层；所述发光结构设于衬底上，所述电极结构设于发光结构上，所述保护层覆盖在电极结构以外的发光结构上，所述反射层设置在保护层上；所述保护层由透光的绝缘材料制成，所述反射层由透光材料制成，其反射率为50％。
有源层发出的光经过反射层出射，芯片的出光角度为135度。
对比例3
一种正装LED芯片，包括衬底、发光结构、电极结构、保护层和反射层；所述发光结构设于衬底上，所述电极结构设于发光结构上，所述保护层覆盖在电极结构以外的发光结构上，所述反射层设置在保护层上；所述保护层由透光的绝缘材料制成，所述反射层由透光材料制成，其反射率为60％。
有源层发出的光经过反射层出射，芯片的出光角度为145度。
对比例4
一种正装LED芯片，包括衬底、发光结构、电极结构、保护层和反射层；所述发光结构设于衬底上，所述电极结构设于发光结构上，所述保护层覆盖在电极结构以外的发光结构上，所述反射层设置在保护层上；所述保护层由透光的绝缘材料制成，所述反射层由透光材料制成，其反射率为80％。
有源层发出的光经过反射层出射，芯片的出光角度为145度。
参见图3，图3是本发明实施例1-2、对比例1-4的出光角度图。其中，曲线1代表实施例2、曲线2代表实施例1、曲线3代表对比例1、曲线4代表对比例2、曲线5代表对比例3、曲线6代理对比例4。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种正装LED芯片，其特征在于，包括衬底、发光结构、电极结构、半遮挡金属层、保护层和反射层；
所述发光结构设于衬底上，所述电极结构设于发光结构上，所述电极结构包括第一电极和第二电极，所述半遮挡金属层设于第二电极与发光结构之间，所述保护层覆盖在电极结构以外的发光结构和半遮挡金属层上，所述反射层设置在保护层上；
所述半遮挡金属层由金属制成，其透光率为40％～60％；
所述保护层由透光的绝缘材料制成；
所述反射层由透光材料制成，其反射率为50％～80％；
有源层发出的光经过半遮挡层和反射层出射，芯片轴向出光减少，发光角度增大。
2.如权利要求1所述的正装LED芯片，其特征在于，所述半遮挡金属层由银、铝和金中的一种或几种制成，其厚度为10～100埃；
所述透明导电层为ITO层。
3.如权利要求1所述的正装LED芯片，其特征在于，所述反射层由若干对反射膜组组成，所述反射膜组由第一膜层和第二膜层组成，所述第一膜层的折射率低于第二膜层的折射率。
4.如权利要求3所述的正装LED芯片，其特征在于，所述第一膜层的折射率为1.2～1.4，所述第二膜层的折射率为1.5～2.5；
所述第一膜层的材料为SiO2或Mg2O5，所述第二膜层的材料为SiNx、Al2O3或Ti2O5。
5.如权利要求3所述的正装LED芯片，其特征在于，所述反射层由2～10对反射膜组组成。
6.如权利要求1所述的正装LED芯片，其特征在于，所述发光结构包括外延层、透明导电层和裸露区域，所述外延层包括依次设于衬底上的第一半导体、有源层和第二半导体层，所述裸露区域沿着第二半导体层刻蚀至第一半导体层，所述透明导电层设置在第二半导体层，所述半遮挡金属层设于透明导电层上，所述第二电极设于半遮挡金属层，所述第一电极设于裸露区域的第一半导体层上。
7.一种正装LED芯片的制作方法，其特征在于，包括：
在衬底上形成发光结构，所述发光结构包括外延层、透明导电层和裸露区域，所述外延层包括依次设于衬底上的第一半导体、有源层和第二半导体层，所述裸露区域沿着第二半导体层刻蚀至第一半导体层，所述透明导电层设置在第二半导体层；
在透明导电层上形成半遮挡金属层，所述半遮挡金属层由金属制成，其透光率为40％～60％；
在裸露区域的第一半导体层上形成第一电极，在半遮挡金属层上形成第二电极；
在第一电极和第二电极以外的发光结构和半遮挡金属层上形成保护层，所述保护层由透光的绝缘材料制成；
在保护层上形成反射层，所述反射层由透光材料制成，其反射率为50～80％；
有源层发出的光经过半遮挡层、保护层和反射层出射，芯片轴向出光减少，发光角度增大。
8.如权利要求7所述的正装LED芯片的制作方法，其特征在于，所述半遮挡金属层由银、铝和金中的一种或几种制成，其厚度为10～100埃；
所述透明导电层为ITO层。
9.如权利要求8所述的正装LED芯片的制作方法，其特征在于，在形成半遮挡金属层后，对发光结构进行退火处理，以使半遮挡金属层与透明导电层形成共晶，其中，退火温度为400～550℃，退火时间为10～20min。
10.如权利要求7所述的正装LED芯片的制作方法，其特征在于，所述反射层由若干对反射膜组组成，所述反射膜组由第一膜层和第二膜层组成，所述第一膜层的折射率低于第二膜层的折射率；
所述第一膜层的材料为SiO2或Mg2O5，所述第二膜层的材料为SiNx、Al2O3或Ti2O5。
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