CN113169252A - 一种发光二极管 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管，其至少包括：半导体外延叠层，具有相对的第一表面和第二表面；DBR反射层（108），设置在所述半导体外延叠层的第二表面之上，包括由a种不同折射率的材料层交替堆叠而成的M组材料层对，其中2≤a≤6；其特征在于：所述DBR反射层（108）的M组材料层对中有N组材料层对，所述N组材料层对中a种材料层间的界面的粗糙度大于其余（M‑N）组材料层对中a种材料层间的界面的粗糙度，其中M＞N≥1。通过对DBR反射层（108）中材料层间的界面进行粗化，可增加出光效率；同时可改善DBR反射层（108）的材料层间、DBR反射层（108）和衬底（101）间的附着力，改善切割背崩，推力剥落的现象，提升产品良率。

Description

一种发光二极管
技术领域
本发明涉及半导体光电技术领域，更具体地说，涉及的是一种发光二极管。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)具有发光强度大、效率高、体积小、使用寿命长等优点，被认为是当前最具有潜力的光源之一。近年来，LED已在日常生活中得到广泛应用，例如照明、信号显示、背光源、车灯和大屏幕显示等领域，同时这些应用也对LED的亮度、发光效率提出了更高的要求。
目前，制约LED器件的发光效率主要有两方面因素：内量子效率和外量子效率。内量子效率是指将注入的电能转化为光能的效率，目前技术已能达到70~80%，对于外延生长好的芯片其内量子效率甚至能达到90%。外量子效率是指将光能量从芯片中提取出来的效率，目前只有40~50%，仍然存在提升空间。改善LED发光效率的研究较为活跃，主要技术有采用表面（界面）粗化技术、引入DBR反射层结构、透明衬底技术、衬底剥离技术、倒装芯片技术以及异形芯片技术。
在光学镀膜中，DBR反射层结构根据若干对两种或两种以上的半导体或介质材料交错堆叠生长，来获得对某一光学波段的高反射率。根据斯涅尔定律（Snell's Law），入射光从高折射率材料进入低折射率材料时，若入射角大于临界角将发生全反射。现有的DBR反射层全结构中，DBR反射层不同材料层间的界面皆为同一平整面，因此，如图1所示，当从活性层发出的光线的入射角大于临界角时，将发生全反射，而部分发生第一次全反射的光由高折射率材料进入低折射率材料时，再次发生2次或2次以上次数全发射而导致吸收并衰减，从而影响反射效率。
发明内容
为了解决以上的问题，本发明通过对DBR反射层中材料层对的材料层间的界面进行粗化，可减少膜层间的2次或2次以上次数的全反射，增加一次全反射的出光效率。
为实现上述目的，本发明提供一种发光二极管，其至少包括：半导体外延叠层，具有相对的第一表面、第二表面及连接该第一表面和第二表面的侧面，包括依次堆叠的第一导电型半导体层、活性层和第二导电型半导体层；DBR反射层，设置在所述半导体外延叠层的第二表面之上，包括由a种不同折射率的材料层交替堆叠而成的M组材料层对，其中2≤a≤6；其特征在于：所述DBR反射层的M组材料层对中有N组材料层对，所述N组材料层对中a种材料层间的界面的粗糙度大于其余（M-N）组材料层对中a种材料层间的界面的粗糙度，其中M＞N≥1。
优选的，所述M值范围为2~50；更优选的，所述M值范围为10~50。
优选的，所述a种材料层的材料为SiO2、SiONx、SiNx、Al2O3、MgF2、TiO、TiO2、Ti3O5、Ti2O3、Ta2O5、ZrO2或者前述的任意组合之一或者前述的混合材料。
优选的，所述N值的范围为1~45；更优选的，所述N值的范围为5~45。
优选的，所述N组材料层对连续堆叠。
在一些实施例中，自半导体外延叠层的第二表面始有连续的N组材料层对，所述N组材料层对中a种材料层间的粗糙度大于其余（M-N）组材料层对中a种材料层间的粗糙度。
在一些实施例中，在DBR反射层的中间区域，存在连续的N组材料层对，所述N组材料层对中a种材料层间界面的粗糙度大于其他（M-N）组材料层对中a种材料层间界面的粗糙度。
在一些实施例中，，在DBR反射层的末端区域，存在连续的N组材料层对，所述N组材料层对中a种材料层间界面的粗糙度大于其他（M-N）组材料层对中a种材料层间的粗糙度。
作为本发明另外一种实施方式，所述N组材料层对也可以不连续堆叠。
在一些实施例中，所述发光二极管还包括一衬底，其位于所述DBR反射层与所述半导体外延叠层之间。
优选的，所述衬底具有相对的第一表面和第二表面，DBR反射层沉积在所述衬底的第二表面之上，所述N组材料层对中a种材料层间界面的粗糙度Ra1是所述衬底的第二表面的粗糙度Ra2的1.0~3倍，如此设计可以改善DBR反射层的材料层间、DBR反射层和衬底间的附着力，改善切割背崩、推力脱落的现象，提升产品良率。
优选的，所述衬底的第二表面的粗糙度为1.0nm~3.0mm。
优选的，所述N组材料层对中a种材料层间界面的粗糙度为1.0~9nm。
优选的，所述DBR反射层具有临近所述半导体外延叠层的第二表面的第一层，第一层的光学厚度高于DBR反射层的其它层。
作为本发明的一种实施方式，a=2，所述DBR反射层由第一材料层和第二材料层交替堆叠而成，第一材料层具有第一折射率n1，第二材料层具有第二折射率n2，其中n1＜n2。
作为本发明的另外一种实施方式，a=3，所述DBR反射层由第一材料层、第二材料层和第三材料层交替堆叠而成，第一材料层具有第一折射率n1，第二材料层具有第二折射率n2，第三材料层具有第三折射率n3，其中n1＜n2＜n3。
作为本发明的另外一种实施方式，所述发光二极管还包含一透明衬底，所述透明衬底位于半导体外延叠层的第一表面之上。
本发明还提出一种发光二极管，其至少包括：衬底，所述衬底具备第一表面和与第一表面相对的第二表面；半导体外延叠层，包括在衬底的第一表面依次堆叠的第一导电型半导体层、活性层和第二导电型半导体层；DBR反射层，沉积在所述衬底的第二表面，包括由a种不同折射率的材料层交替堆叠而成的M组材料层对，其中2≤a≤6；其特征在于：所述DBR反射层的M组材料层对中有N组材料层对，所述N组材料层对的a种材料层间界面的粗糙度Ra1为所述衬底的第二表面的粗糙度Ra2的1.0~3倍，其中M≥N≥1。
优选的，所述衬底第二表面的粗糙度Ra2为1~3nm。
优选的，所述N组材料层对中a种材料层间界面的粗糙度Ra1为1.0~9nm。
更优选的，所述N组材料层对中a种材料层间界面的粗糙度Ra1为1.5~5.0nm。
优选的，所述M值范围为2~50。
优选的，所述N值的范围为1~45。
本发明还提出一种发光二极管，其至少包括：半导体外延叠层，具有相对的第一表面、第二表面及连接该第一表面和第二表面的侧面，包括依次堆叠的第一导电型半导体层、活性层和第二导电型半导体层；DBR反射层，沉积在所述半导体叠层的第二表面，包括由a种不同折射率的材料层交替堆叠而成的M组材料层对，其中2≤a≤6；其特征在于：所述DBR反射层自远离半导体外延叠层的第二表面方向包含从低折射率材料到高折射率材料的界面An，其中1≤n≤a-1；所述DBR反射层的M组材料层对中有N组材料层对的界面An的粗糙度RaAn为1.0~20nm，其中M≥N≥1，且M>1。
优选的，所述DBR反射层自远离半导体外延叠层的第二表面方向还包含从高折射率材料到低折射率材料的界面B，所述DBR反射层的N组材料层对中界面An的粗糙度RaAn大于界面B的粗糙度RaB。
更优选的，所述N组材料层对的界面An的粗糙度RaAn为1.5~10nm。
优选的，所述M值范围为2~50。
优选的，所述N值的范围为1~45。
本发明还提出一种发光二极管，其至少包括：半导体外延叠层，具有相对的第一表面、第二表面及连接该第一表面和第二表面的侧面，包括依次堆叠的第一导电型半导体层、活性层和第二导电型半导体层；DBR反射层，沉积在所述半导体叠层的第二表面，包含由a种不同折射率的材料层交替堆叠而成的M组材料层对，其中2≤a≤6；其特征在于：所DBR反射层的M组材料层对自远离半导体外延叠层的第二表面方向a种材料层间界面的粗糙度是逐渐减小的。
本发明还提出一种发光二极管封装体，包括安装基板和安装在所述安装基板上的至少一个发光二极管，其特征在于，所述发光二极管至少一个或多个或全部为前述的发光二极管。
本发明还提出一种发光二极管模组，包括安装基板和安装在所述安装基板上的多行和多列发光二极管，其特征在于，所述发光二极管至少一个或多个或全部为前述的发光二极管。
本发明还提出一种发光装置，其特征在于，包括多个前述的发光二极管模组拼接在一起。
如上所述，本发明设计的发光二极管，包括如下有益效果：
1）通过对DBR反射层中a种材料层间的界面进行粗化，可减少膜层间的2次或2次以上次数的全反射，增加一次反射出光，提升发光效率；
2）通过对DBR反射层中a种材料层间的界面进行粗化，可改善DBR反射层的材料层间的附着力，或者衬底和DBR反射层间的附着力，可改善切割背崩、推力剥落的现象，提升产品良率；
3）通过对DBR反射层中a种材料层间的的界面进行粗化，可提升发光二极管与固晶胶的附着性，提升封装良率。
本发明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，或者通过实施本发明而了解。本发明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。
虽然在下文中将结合一些示例性实施及使用方法来描述本发明，但本领域技术人员应当理解，并不旨在将本发明限制于这些实施例。反之，旨在覆盖包含在所附的权利要求书所定义的本发明的精神与范围内的所有替代品、修正及等效物。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1为现有发光二极管结构中，光线出现二次或二次以上全反射衰减的示意图。
图2为本发明实施例1中所提到的发光二极管的剖面示意图。
图3中3a，3b分别为本发明实施例1中所提到的DBR反射层未粗化和粗化后的TEM图。
图4中4a，4b分别为本发明实施例1中所提到的DBR反射层未粗化和粗化后的光路示意图。
图5中5a，5b分别为本发明实施例1中所提到的DBR反射层未粗化和粗化后的产品划裂后的示意图。
图6为本发明实施例2提到的发光二极管的剖面示意图。
图7为本发明实施例3提到的发光二极管的剖面示意图。
图8为本发明实施例4中所提到的发光二极管的剖面示意图。
图9为本发明实施例5中所提到的发光二极管的剖面示意图。
图10中10a和10b为本发明实施例6中所提到的DBR反射层的结构示意图。
图11为本发明实施例7中所提到的DBR反射层的结构示意图。
图12中12a为实施例8中所提到的发光二极管的剖面示意图，12b为实施例8中所提到的DBR反射层的结构示意图。
图13本发明实施例9中所提及的封装结构的剖面示意图。
图中元件标号说明：101、201：衬底；102、202：第一导电型半导体层； 103、203：活性层；104、204：第二导电型半导体层；105、205：透明导电层； 106：第一电极；107：第二电极；108、208：DBR反射层；108a、208a：第一材料层；108b、208b：第二材料层；108c：第三材料层；S1：材料层间的粗化面；A：低折射率材料自高折射材料间的界面；B：高折射率材料自低折射率材料间的界面；206：第一金属电极；207：第二金属电极；209：第一焊盘；210：第二焊盘；300：封装支架；301：第一封装电极；302：第二封装电极；303：固晶胶；304：发光二极管；305：电极引线；306：封装树脂；n1、n2、n3：第一折射率、第二折射率、第三折射率；θ1、θ2：光线的入射角；S101A、S101B：衬底的第一表面和第二表面；L1：DBR反射层的第一层。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，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发明的其他优点与功效。本发明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，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明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。
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
实施例1
本实施例提供如下一种发光二极管，如图2所示的剖面示意图，其包括：101：衬底；102：第一导电型半导体层；103：活性层；104：第二导电型半导体层；105：透明导电层；106：第一电极；107：第二电极；108：DBR反射层。
衬底101为半导体外延叠层外延生长的生长基板，可为绝缘性基板或导电性基板，包括蓝宝石(Al2O3)或尖晶石(MgA12O4)的绝缘性基板；碳化硅(SiC)、ZnS、ZnO、Si、GaAs、金刚石；及与氮化物半导体晶格匹配的铌酸锂、镓酸铌等氧化物基板。衬底101包括第一表面S101A和以第一表面相对的第二表面S101B。衬底101可包括形成在第一表面上的至少一部分区域的多个突出。衬底101的多个突出可形成为规则和/或不规则的图案。在本实施例中，所述衬底101优选为经图案化的蓝宝石基板。
衬底101的厚度介于40~300μm之间，较厚的情况下，衬底101的厚度为80~300μm，较薄的情况下，衬底101的厚度为40μm以上、80μm以下或者更薄的情况40μm以上、60μm以下。在另一些实施例，该发光二极管也可以不具备该衬底，例如衬底101通过物理方式或者化学蚀刻的方式去除从而形成一薄膜型芯片。
半导体外延叠层为通过MOCVD或其它的生长方式获得的半导体外延叠层，该半导体外延叠层为能够提供常规的如紫外、蓝、绿、黄、红、红外光等辐射的半导体材料，具体的可以是200~950nm的材料，如常见的氮化物，具体的如氮化镓基半导体外延叠层，氮化镓基外延叠层常见有掺杂铝、铟等元素，主要提供200~550nm波段的辐射；或者常见的铝镓铟磷基或铝镓砷基半导体外延叠层，主要提供550~950nm波段的辐射。半导体外延叠层主要包括第一导电型半导体层102、第二导电型半导体层104和第一导电型半导体层102和第二导电型半导体层104之间的活性层103。
第一导电型半导体层102可以由III-V族或II-VI族化合物半导体组成，并且可以掺杂有第一掺杂剂。第一导电型半导体层102可以由具有化学式InX1AlY1Ga1-X1-Y1N（0≤X1≤1,0≤Y1≤1，0≤X1+Y1≤1）的半导体材料组成，例如GaN，AlGaN，InGaN，InAlGaN等，或选自AlGaAs，GaP，GaAs，GaAsP和AlGaInP的材料。另外，第一掺杂剂可以是n型掺杂剂，例如Si，Ge，Sn，Se和Te。当第一掺杂剂是n型掺杂剂时，掺杂有第一掺杂剂的第一导电型半导体层为n型半导体层。本实施例中，优选第一导电型半导体层为掺杂n型掺杂剂的n型半导体。
活性层103设置在第一导电型半导体层102和第二导电型半导体层104之间。活性层103为提供电子和空穴复合提供光辐射的区域，根据发光波长的不同可选择不同的材料，活性层103可以是单量子阱或多量子阱的周期性结构。活性层103包含阱层和垒层，其中垒层具有比阱层更大的带隙。通过调整活性层103中半导体材料的组成比，以期望辐射出不同波长的光。
第二导电型半导体层104形成在活性层103上，可以由III-V族或II-VI族化合物半导体组成。第二导电型半导体层104可由具有化学式InX2AlY2Ga1-X2-Y2N （0≤X2≤1，0≤Y2≤1，0≤X2+Y2≤1）的半导体材料组成，或选自AlGaAs，GaP，GaAs，GaAsP和AlGaInP的材料。第二导电型半导体层104可以掺杂第二掺杂剂。当第二掺杂剂为p型掺杂剂，例如Mg，Zn，Ca，Sr和Ba时，掺杂第二掺杂剂的第二导电型半导体层为p型半导体层。本实施例中，优选第二导电型半导体层104为掺杂p型掺杂剂的p型半导体。
为了将后述的第一电极106及第二电极107配置于所述第一导电型半导体层102及第二导电型半导体层104的同一面侧，可以以第一导电型半导体层102的一部分露出的方式将第二导电型半导体层104层积于第一导电型半导体层102上，或者以第二导电型半导体层104的一部分露出的方式将第一导电型半导体层102层积于第二导电型半导体层上。
在本实施例中，优选在第一导电型半导体层102（n型半导体层）上经由活性层103层积第二导电型半导体层104（p型半导体层）而构成半导体外延叠层，就p型半导体层及活性层而言，为了使这些层之下的n型半导体层的一部分露出而优选在一部分区域进行除去。半导体外延叠层可包括至少局部地贯通活性层103及第二导电型半导体层104而露出第一导电型半导体层102的至少一个孔。孔使第一导电型半导体层102局部地露出，孔的侧面可由发光层103及第二导电型半导体层104包围。或者，半导体外延叠层可包括一个或者数个台面，所述台面包括活性层103及第二导电型半导体层104。台面位于第一导电型半导体层102的部分表面上。在本实施例中，优选半导体外延叠层包括一个台面，台面包括活性层103和第二导电型半导体层104。
为了在第二电极107与第二导电型半导体层104之间形成电性连接，一透明导电层105位于第二导电型半导体层104上。透明导电层105可与第二导电型半导体层104形成欧姆接触。所述透明导电层可包括如氧化铟锡、氧化锌、氧化锌铟锡、氧化铟锌、氧化锌锡、氧化镓铟锡、氧化铟镓、氧化锌镓、铝掺杂氧化锌、氟掺杂氧化锡等的透光性导电氧化物、及如Ni/Au等的透光性金属层中的至少一种。所述导电性氧化物还可包括各种掺杂剂。尤其，包含透光性导电氧化物的透明导电层105与第二导电型半导体层104的欧姆接触效率较高。例如ITO或ZnO等导电性氧化物与第二导电型半导体层104的接触电阻低于金属性电极与第二导电型半导体层104的接触电阻，因此通过应用包括导电性氧化物的透明导电层105，可减少发光二极管芯片的正向电压(Vf)而提高发光效率。并且，与金属性电极相比，导电性氧化物从氮化物类半导体层剥离的概率较低，因此具有包括导电性氧化物的透明导电层105的发光二极管具有较高的可靠性。在本实施例中，可优选透明导电层105为氧化铟锡，与第二导电型半导体层104形成欧姆接触。
第一电极106及第二电极107为了向第一导电型半导体层102及第二导电型半导体层104分别供给电流而与第一导电型半导体层102及第二导电型半导体层104直接或间接地电连接。在第一导电型半导体层102为n型的情况下，第一电极106是指n侧电极；在第一导电型半导体层102为p型的情况下，第一电极106是指p侧电极。第二电极与第一电极相反。本实施例中，优选第一电极106为n侧电极，第二电极107为p侧电极。
第二电极107与透明导电层105进行接触，实现第二电极107与第二导电型半导体层104之间的电性连接。
第一电极106及第二电极107为焊盘电极，该焊盘电极主要为了向半导体发光元件供给电流而与外部电极或外部端子等进行电连接。第一电极106及第二电极107分别偏向半导体外延叠层的相对的一对边侧设置。焊盘电极的俯视形状可根据半导体发光元件的大小、电极的配置等适当调整，例如可设为圆形、正多边形等形状。其中，考虑到导线接合的容易度等，优选为圆形或接近圆形的形状。另外，第一电极焊盘电极及第二电极焊盘电极的大小可根据半导体发光元件的大小、电极的配置等适当调整。例如可设为直径30μm～150μm程度的大致圆形。第一电极焊盘电极及第二电极焊盘电极的形状及大小可以相同，也可以互不相同。
在图1所示的发光二极管中，从活性层103发出的光一部分射向衬底的第二表面S101B，为了增加出光面的取光效率，通常会在衬底101的第二表面S101B沉积DBR反射层，将活性层发出的光射向衬底侧的光反射至出光面，从而增加出光，提升发光效率。所述DBR反射层108包含由a种不同折射率的材料层交替堆叠而成的M组材料层对，其中2≤a≤6；所述a种材料层的材料为SiO2、SiONx、SiNx、 Al2O3、MgF2、TiO、TiO2、Ti3O5、Ti2O3、Ta2O5、ZrO2或前述的任意组合之一或者前述的混合材料。M值的范围为2~50，优选为10以上，更优选的为30~40。在本实施例中，优选a为2，DBR反射层由第一材料层108a和第二材料层108b交替堆叠而成，其中第一材料层108a具有第一折射率n1，第二材料层具有第二折射率n2，其中n1＜n2。
DBR反射层108还可以包括设置在最临近衬底的第二表面S101B的第一层L1，第一层优选为第一材料层，第一层比其它材料层材料层具有更大的光学厚度，并且第一层折射率相对较低，可增强反射。
在光学镀膜中DBR反射层结构根据若干对两种或两种以上的半导体或介质材料交错生长，来获得对某一光学波段的高反射率。根据斯涅尔定律（Snell's Law），入射光从高折射率材料进入低折射率材料时，若入射角大于临界角将发生全反射。现有的DBR反射层全结构中，DBR反射层不同材料层对中材料层间的界面皆为同一平整面，因此，当从活性层发出的光线的入射角大于临界角时将发生全反射，而部分发生第一次全反射的光由高折射率材料进入低折射率材料时，再次发生2次或2次以上次数全发射而导致吸收并衰减，影响反射效率。
为了减小膜层间的2次或2次以上次数的全反射，本实施例通过对DBR反射层中的部分材料层对的第一、第二材料层间的界面进行粗化，如图2所示，S1为材料层间的粗化界面，本实施例中，自衬底的第二表面始DBR反射层的N组材料层对中第一、第二材料层间的界面的粗糙度大于其余（M-N）组材料层对中第一、第二材料层间的界面的粗糙度。所述N值的范围为1~45，更优选的，所述N值为5以上。优选的，所述N组材料层对中第一、第二材料层间界面的粗糙度Ra1为衬底101的第二表面粗糙度Ra2的1.0~3倍。优选的，所述衬底101第二表面粗糙度Ra2为1~3nm。优选的，所述N组材料层对第一、第二材料层间界面的粗糙度Ra1为1.0nm~9nm。
在本实施例中，优选使用离子源蒸镀的方式沉积DBR反射层108，可通过调整离子源的电压和气体参数、镀率、功率、真空度、温度、载具转速等方法，对DBR反射层中的N组材料层对中第一、第二材料层间的界面进行粗化，其余（M-N）组的材料层对的离子源参数或其它工艺参数保持不变，使其第一、第二材料层间界面未粗化，如图3所示，3a为保持原工艺参数的DBR反射层的TEM图，3b为调整工艺参数后材料层间界面出现粗化后的DBR反射层的TEM图，图3b中DBR反射层的第一、第二材料层间界面的粗糙度大于图3a中DBR反射层的第一、第二材料层间界面的粗糙度。如图4所示，4a为DBR反射层未粗化的光路示意图，4b为DBR反射层粗化后的光路示意图，θ1和θ2为光线的入射角，当θ1大于等于临界角时，发生全反射，当对DBR反射层不同材料层间的界面进行粗化后，入射角θ2减小，从而减小二次全反射的发生，增加了光的透射，因此，通过对自衬底的第二表面始DBR反射层的N组材料层对中第一、第二材料层间的界面进行粗化，可减少膜层之间的2次或2次以上次数的全反射，增加出光，从而提升发光效率。
进一步地，在图1所示的发光二极管中，由于DBR反射层介质层间、DBR反射层和衬底之间的附着力较弱，在芯片的切割过程中，易出现背崩的现象。如图5所示，5a为DBR反射层第一、第二材料层间界面未粗化时产品背面划裂后的示意图，5b为DBR反射层第一、第二材料层间界面粗化后产品划裂后的示意图，粗化后使得DBR的材料层的表面积增加，从而膜层之间接触面增大，故层与层之间的附着相对未粗化的有提高，从而改善切割背崩的现象，提升产品的良率。
实施例2
与实施例1的区别在于，实施例1是自衬底的第二表面S101B始DBR反射层的N组材料层对中第一、第二材料层间的界面的粗糙度大于其余（M-N）组材料层对中第一、第二材料层间界面的折射率。而本实施例作为实施例1的另外一种替换方式，如图6所示，在DBR反射层结构的中间区域存在连续的N组材料层对，所述N组材料层对中第一、第二材料层间的界面的粗糙度大于其余（M-N）组材料层对中第一、第二材料层间界面的折射率。通过对DBR反射层结构中间区域的N组材料层对的第一、第二材料层间的界面进行粗化，可增加材料层之间的接触面积，改善推力剥落的现象，提升产品良率。
实施例3
与实施例1的区别在于，实施例1是自衬底的第二表面S101B始DBR反射层的N组材料层对中第一、第二材料层间界面的粗糙度大于其余（M-N）组材料层对中第一、第二材料层间界面的折射率。而本实施例作为实施例1的另外一种替换方式，如图7所示，在DBR反射层结构的末端区域存在连续的N组材料层对，所述N组材料层对中第一、第二材料层对的界面的粗糙度大于其余（M-N）组材料层对中第一、第二材料层间界面的折射率。通过对DBR反射层结构末端区域的N组材料层对中第一、第二材料层间的界面进行粗化，可增加材料层之间的接触面积，改善切割背崩的现象，提升产品良率。同时，在对本实施例中的发光二极管进行封装时，由于DBR反射层末端区域的界面进行粗化，可提升发光二极管与固晶胶的附着性，提升封装良率。
实施例4
与实施例1的区别在于，实施例1是N组材料层对连续堆叠，而本实施例作为实施例1的另外一种替换方式，如图8所示，在DBR反射层中N组材料层对不连续堆叠，所述的N1组材料层对和N2组材料层对不相邻，通过调整离子源的电压和气体参数、镀率、功率、真空度、温度、载具转速等方法，对DBR反射层中的N1组和N2组材料层对中第一、第二材料层间的界面进行粗化，其余（M-N1-N2）组的材料层对的离子源参数或其它工艺参数保持不变，使其界面未粗化。通过对DBR反射层结构的部分材料层对进行粗化，可减少膜层之间的2次或以上次数全反射，增加出光，从而提升发光效率；同时可增加材料层对之间的接触面积，改善切割背崩的现象，提升产品良率。
实施例5
与实施例1的区别在于，本实施例提供另外一种发光二极管结构，活性层发射的光线主要从衬底侧射出，即倒装发光二极管，如图9所示，其中DBR反射层208位于半导体外延叠层的第二表面之上，所述的透明衬底201位于半导体外延叠层的第一表面之上，所述发光二极管的的主要出光面位于透明衬底201的一侧，因此DBR反射层208主要将活性层辐射的光反射至透明衬底201的一侧出光。第一金属电极206和第二金属电极207局部的设置在半导体外延叠层一侧，并且位于DBR反射层208与半导体外延叠层之间，用于分别电性连接第一导电型半导体层202和第二导电型半导体层204。DBR反射层208的远离半导体外延叠层的一侧还包括第一焊盘209和第二焊盘210，DBR反射层208上还包括开口，第一焊盘209和第二焊盘210分别通过开口连接第一金属电极206和第二金属电极207。
DBR反射层208具有最临近半导外延叠层一侧的第一层L1，较佳的第一层是第一材料层，具有相对更低的折射率。为了减少光在DBR反射层内的二次或二次以上全反射而出现衰减的现象，可对DBR反射层N组材料层对第一、第二材料层间界面进行粗化，所述N组材料层对第一、第二材料层界面的粗糙度大于其他（M-N）组材料层对第一、第二材料层间界面的粗糙度。所述N组材料层对可连续堆叠，所述N组材料层对可位于临近半导体外延叠层的第二表面的起始位置，可位于DBR反射层的中间区域或者DBR反射层的末端位置。作为本实施例的另一种实施方式，所述N组介质层对可不连续堆叠。
作为本实施例的一种实施方式，DBR反射层208与半导体外延叠层之间还包括透明导电层205。DBR反射层208堆叠在透明导电层205远离半导体外延叠层的表面之上。所述DBR反射层N组材料层对第一、第二材料层间界面的粗糙度为透明导电层205远离半导体外延叠层表面的粗糙度的1.02~3倍。优选的，所述透明导电层205远离半导体外延叠层表面的粗糙度为0.2~5nm。优选的，所述DBR反射层N组介质层对材料层间界面的粗糙度为0.2~15nm。
DBR反射层208、透明衬底201、发光二极管的其它设计与实施例一基本相同，在此不再赘述。
本发明通过DBR反射层第一、第二材料层间界面粗化，可有效提升倒装发光二极管的出光效率。
实施例6
本实施例中，与实施例1的区别在于，如图10所示，DBR反射层108自远离半导体外延叠层的第二表面方向包含从低折射率材料到高折射率材料的界面A，所述DBR反射层的M组材料层对中有N组材料层对的界面A的粗糙度RaA为1.0~20nm，其中M≥N≥1，且M>1，优选的，所述N组材料层对的界面A的粗糙度RaA为1.5~10nm。
作为本实施例的一种实施方式，所述DBR反射层还包括自远离半导体外延叠层的第二表面方向从高折射率材料到低折射率材料的界面B，优选的，所述界面A的粗糙度RaA大于界面B的粗糙度RaB。如图10中的10a和10b所示，界面A的粗糙度RaA大于界面B 的粗糙度，当从半导体外延叠层发出的光到达DBR反射层，界面B较为光滑，可增强光的第一次全反射，而界面A较为粗糙，可减弱光的二次或二次以上次数的全反射而引起光的吸收导致光的衰弱，从而提升发光二极管的发光亮度。
实施例7
与实施例1的区别在于，本实施例中所述DBR反射层第一、第二材料层间界面的粗糙度自第二衬底的第二表面始是逐渐减小的，如图11所示，所示DBR反射层临近衬底的一侧粗糙度较大，可增加衬底和DBR反射层材料间接触的表面积，改善衬底和DBR反射层之间的附着性，从而改善切割背崩的现象，提升产品的良率。
实施例8
与实施例1的区别在于，本实施例中所述DBR反射层由3种不同折射率的材料层交替堆叠而成的M组材料层对，第一材料层108a具有第一折射率n1，第二材料层具有第二折射率n2，第三材料层具有第三折射率n3，其中n1＜n2＜n3， N组材料层对中第一、第二、第三材料层间界面的粗糙度大于其余（M-N）组材料层对中第一、第二、第三材料层间界面的粗糙度。如图12所示，DBR反射层中M组材料层对中每组材料层对包括第一材料层108a、第二材料层108b和第三材料层108c，N组材料层对连续堆叠，自衬底的第二表面S101A始DBR反射层的N组材料层对中第一、第二、第三材料层间的界面的粗糙度大于其余（M-N）组材料层对中第一、第二、第三材料层间的界面的粗糙度。通过对N组材料层对中第一、第二、第三材料层间界面进行粗化，可减少膜层间的二次或二次以上的全反射引起的光的吸收的衰减，增加出光，提升发光效率；同时可增加DBR反射层与衬底间、DBR反射层材料层间的接触面积，改善衬底和DBR反射层之间的附着性，从而改善切割背崩的现象，提升产品的良率。
作为本实施例中的另一种替换方式，N组材料层对可位于DBR反射层的中间区域或者末端区域。另外，N组材料层对可不连续堆叠。
实施例9
本发明提供的发光二极管可以广泛运用于显示或背光的封装体或应用上，尤其可以满足背光产品的高亮度需求。
具体地，本实施例提供如图13所示的封装体，所述封装体包括封装支架300、发光二极管304、电极引线305和密封树脂306。封装支架300可以由塑料树脂形成或者陶瓷支架构成，包括第一封装电极301和第二封装电极302。本实施例中所述的发光二极管304为如图2所示的正装发光二极管，通过固晶胶303固定在第二封装电极302上，并且发光二极管304的第一电极和第二电极分别通过电极引线305连接至第一封装电极301和第二封装电极302上。发光二极管封装体发射具有蓝光或者混合颜色（例如，白色）的光。例如发光二极管304发射蓝光波段的光，例如峰值波长为450nm的光，封装体包括用于对发光二极管进行保护的透明的密封树脂306，也提供相应蓝光波段的光辐射。或者封装体为了发射白色的光，可以包括用于对从发光二极管发射的光进行波长转换的荧光转换材料。荧光转换材料可以设置在密封树脂306中。密封树脂306可通过点胶或贴膜的方式覆盖在半导体发光元件芯片的至少一侧，但不限于此。荧光转换材料可以是红色与绿色组合的荧光转换材料，或者黄色磷光体或者红黄绿组合的荧光转换材料。本发明由于发光二极管304具有粗化界面的DBR反射层使发光层中产生的光出光效率高，从而可以提升整个发光二极管封装件的发光效率。
需要说明的是，以上实施方式仅用于说明本发明，而并非用于限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种修饰和变动，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应视权利要求书范围限定。

Claims (32)

1.一种发光二极管，其至少包括：
半导体外延叠层，具有相对的第一表面、第二表面及连接该第一表面和第二表面的侧面，包括依次堆叠的第一导电型半导体层、活性层和第二导电型半导体层；
DBR反射层，设置在所述半导体外延叠层的第二表面之上，包括由a种不同折射率的材料层交替堆叠而成的M组材料层对，其中2≤a≤6；
其特征在于：所述DBR反射层的M组材料层对中有N组材料层对，所述N组材料层对中a种材料层间的界面的粗糙度大于其余（M-N）组材料层对中a种材料层间的界面的粗糙度，其中M＞N≥1。
2.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于：所述M值范围为2~50。
3.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于：所述a种材料层的材料为SiO2、SiONx、SiNx、Al2O3、MgF2、TiO、TiO2、Ti3O5、Ti2O3、Ta2O5、ZrO2或者前述的任意组合之一或者前述的混合材料。
4.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于：所述N值的范围为1~45。
5.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于：所述N组材料层对连续堆叠。
6.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于：所述N组材料层对不连续堆叠。
7.根据权利要求5所述的一种发光二极管，其特征在于：自半导体外延叠层的第二表面始有连续的N组材料层对，所述N组材料层对中a种材料层间的界面的粗糙度大于其余（M-N）组材料层对中a种材料层间的界面的粗糙度。
8.根据权利要求5所述的一种发光二极管，其特征在于：在DBR反射层的中间区域，存在连续的N组材料层对，所述N组材料层对中a种材料层间的界面的粗糙度大于其他（M-N）组材料层对中a种材料层间的界面的粗糙度。
9.根据权利要求5所述的一种发光二极管，其特征在于：在DBR反射层的末端区域，存在连续的N组材料层对，所述N组材料层对中a种材料层间的界面的粗糙度大于其他（M-N）组材料层对中a种材料层间的界面的粗糙度。
10.根据权利要求1的发光二极管，其特征在于：还包括一衬底，其位于所述DBR反射层与所述半导体外延叠层之间。
11.根据权利要求10所述的一种发光二极管，其特征在于：所述衬底具有相对的第一表面和第二表面，DBR反射层沉积在所述衬底的第二表面之上，所述N组材料层对中a种材料层间界面的粗糙度Ra1是所述衬底的第二表面的粗糙度Ra2的1.0~3倍。
12.根据权利要求11所述的一种发光二极管，其特征在于：所述衬底的第二表面的粗糙度Ra2为1.0nm~3.0mm。
13.根据权利要求12所述的一种发光二极管，其特征在于：所述N组材料层对中a种材料层间界面的粗糙度Ra1为1.0~9nm。
14.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于：还包含一透明衬底，所述透明衬底位于半导体外延叠层的第一表面之上。
15.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件，其特征在于：a=2，所述DBR反射层由第一材料层和第二材料层交替堆叠而成，第一材料层具有第一折射率n1，第二材料层具有第二折射率n2，其中n1＜n2。
16.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件，其特征在于：a=3，所述DBR反射层由第一材料层、第二材料层和第三材料层交替堆叠而成，第一材料层具有第一折射率n1，第二材料层具有第二折射率n2，第三材料层具有第三折射率n3，其中n1＜n2＜n3。
17.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于：所述DBR反射层具有临近所述半导体外延叠层的第二表面的第一层，第一层的光学厚度高于DBR反射层的其它层。
18.一种发光二极管，其至少包括：
衬底，所述衬底具有第一表面和与第一表面相对的第二表面；
半导体外延叠层，包括在衬底的第一表面依次堆叠的第一导电型半导体层、活性层和第二导电型半导体层；
DBR反射层，沉积在所述衬底的第二表面，包含不同折射率的a种材料交替堆叠而成的M组材料层对，其中2≤a≤6；
其特征在于：所述DBR反射层的M组材料层对中有N组材料层对，所述N组材料层对中的a种材料层间界面的粗糙度Ra1为所述衬底的第二表面的粗糙度Ra2的1.0~3倍，其中M≥N≥1。
19.根据权利要求18所述的一种发光二极管，其特征在于：所述衬底第二表面的粗糙度Ra2为1~3nm。
20.根据权利要求19所述的一种发光二极管，其特征在于：所述N组材料层对中a种材料层间的界面的粗糙度Ra1为1.0~9nm。
21.根据权利要求20所述的一种发光二极管，其特征在于：所述N组材料层对中a种材料层间的界面的粗糙度Ra1为1.5~5.0nm。
22.根据权利要求18所述的一种发光二极管，其特征在于：所述M值范围为2~50。
23.根据权利要求18所述的一种发光二极管，其特征在于：所述N值的范围为1~45。
24.一种发光二极管，其至少包括：
半导体外延叠层，具有相对的第一表面、第二表面及连接该第一表面和第二的侧面，包括依次堆叠的第一导电型半导体层、活性层和第二导电型半导体层；
DBR反射层，沉积在所述半导体叠层的第二表面，包含由a种不同折射率的材料层交替堆叠而成的M组材料层对，其中2≤a≤6；
其特征在于：所述DBR反射层自远离半导体外延叠层的第二表面方向包含从低折射率材料到高折射率材料的界面An，其中1≤n≤a-1；所述DBR反射层的M组材料层对中有N组材料层对的界面An的粗糙度RaAn为1.0~20nm，其中M≥N≥1，且M>1。
25.根据权利要求24所述的一种发光二极管，其特征在于：所述DBR反射层自远离半导体外延叠层的第二表面方向还包含从高折射率材料到低折射率材料的界面B，所述DBR反射层的M组材料层对中界面An的粗糙度RaAn大于界面B的粗糙度RaB。
26.根据权利要求24所述的一种发光二极管，其特征在于：所述N组材料层对的界面An的粗糙度RaAn为1.5~10nm。
27.根据权利要求24所述的一种发光二极管，其特征在于：所述M值范围为2~50。
28.根据权利要求24所述的一种发光二极管，其特征在于：所述N值的范围为1~45。
29.一种发光二极管，其至少包括：
半导体外延叠层，具有相对的第一表面、第二表面及连接该第一表面和第二表面的侧面，包括依次堆叠的第一导电型半导体层、活性层和第二导电型半导体层；
DBR反射层，沉积在所述半导体叠层的第二表面，包含由a种不同折射率的材料层交替堆叠而成的M组材料层对，其中2≤a≤6；
其特征在于：所述DBR反射层的M组材料层对中自远离半导体外延叠层的第二表面方向a种材料层间界面的粗糙度是逐渐减小的。
30.一种发光二极管封装体，包括安装基板和安装在所述安装基板上的至少一个发光二极管，其特征在于，所述发光二极管至少一个或多个或全部为权利要求1~29中任一项所述的发光二极管。
31.一种发光二极管模组，包括安装基板和安装在所述安装基板上的多行和多列发光二极管，其特征在于，所述发光二极管至少一个或多个或全部为权利要求1~29中任一项所述的发光二极管。
32.一种发光装置，其特征在于，包括多个权利要求31所述的发光二极管模组拼接在一起。
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