CN115000269B - 一种发光二极管及发光二极管封装件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种发光二极管及发光二极管封装件，其中，该发光二极管包括：衬底，以及设置在衬底上的发光结构层，发光结构层顺次包括N型层、有源层和P型层；N型层包括未被P型层和所述有源层覆盖的暴露区域，暴露区包括若干个分散的N台阶；反射电极，包括分散设置于所述P型层的上表面的复数个子反射电极；第一绝缘层，覆盖所述发光结构层并包括露出所述N台阶的第一开口和露出所述子反射电极的第二开口；第一互连电极，通过所述第一开口与所述N型层电性连接；第二互连电极，通过所述第二开口与所述反射电极电性连接，所述第一互连电极与所述第二互连电极绝缘设置；所述子反射电极的数量大于所述N台阶的数量。可以提高LED的出光效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种发光二极管及发光二极管封装件。
背景技术
发光二极管(LED，Light Emitting Diode)是一种常用的发光器件，通过电子与空穴复合释放能量实现发光，广泛应用在各种需要光源的领域。但由于LED的衬底层、电极阻挡层、反射层中的反射材料对光的吸收，导致LED的光取出效率较低。根据文献计算，LED中，只有4％的光可以出射，96％的光返回LED内部，经过全反射、材料吸收等最终转换成热。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供发光二极管及发光二极管封装件，以提高LED的出光效率。
第一方面，本发明实施例提供了发光二极管，包括：
衬底，以及设置在所述衬底上的发光结构层，所述发光结构层顺次包括N型层、有源层和P型层；所述N型层包括未被所述P型层和所述有源层覆盖的暴露区域，所述暴露区域包括若干个分散的N台阶；
反射电极，包括分散设置于所述P型层的上表面的复数个子反射电极；
第一绝缘层，覆盖所述发光结构层并包括露出所述N台阶的第一开口和露出所述子反射电极的第二开口；
第一互连电极，通过所述第一开口与所述N型层电性连接；
第二互连电极，通过所述第二开口与所述反射电极电性连接，所述第一互连电极与所述第二互连电极绝缘设置；
所述子反射电极的数量大于所述N台阶的数量。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述子反射电极为阵列设置的柱状结构；
优选为Ag柱结构。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述子反射电极包括Ag柱子层、第一高莫氏硬度金属子层、第一低莫氏硬度金属子层以及第二高莫氏硬度金属子层。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述Ag柱子层的高度为1-2um。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述子反射层的半径为5um-30um，相邻两个子反射层的间距为20um-100um。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述第一绝缘层为DBR反射层；所述第二互连电极包括粘附层、金属反射层，所述反射电极、DBR反射层、第二互连电极对从有源层发出的光形成多重反射。
结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述粘附层的材料包括：Ti、Cr、Ni中的一种或多种，厚度为
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述发光二极管还包括分别与所述第一互连电极和所述第二互连电极电性连接的第一焊盘电极和第二焊盘电极，所述第一焊盘电极和所述第二焊盘电极电性绝缘。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述子反射电极的数量是所述N台阶个数的2倍以上。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，所述N台阶分布在所述发光二极管的周边的数量大于其位于发光二极管内部的个数。
第二方面，本发明实施例还提供了一种发光二极管，包括：
衬底，设置在衬底上的发光结构层，所述发光结构层依次包括N型层、有源层和P型层，所述N型层包括未被所述P型层和所述有源层覆盖的暴露区域，所述暴露区域包括若干个分散的N台阶；
透明电极，设置于所述P型层上，具有电流扩展功能；
反射电极，包括复数个分散设置于所述透明电极上的Ag柱结构；
DBR反射层，覆盖所述发光结构层，并包括露出所述N台阶的第一开口和露出所述子反射电极的第二开口；
第一互连电极，通过所述第一开口与所述N型层电性连接；
第二互连电极，通过所述第二开口与所述反射电极电性连接，所述第一互连电极与所述第二互连电极绝缘设置；
第一焊盘电极，电性连接于所述第一互连电极；
第二焊盘电极，电性连接于所述第二互连电极；所述第一焊盘电极和所述第二焊盘电极电性绝缘；
所述Ag柱结构、DBR反射层、第二互连电极对从有源层发出的光形成多重反射。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述Ag柱结构呈密集的蜂窝状阵列分布，所述Ag柱结构的半径为5um-30um，相邻两个Ag柱结构的间距为20um-100um。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，一上绝缘层设置于所述第一焊盘电极和所述第二焊盘电极之间，包括第一焊盘开口和第二焊盘开口，第一焊盘电极穿过第一焊盘开口与所述第一互连电极电性连接，第二焊盘电极穿过所述第二焊盘开口与所述第二互连电极电性连接。
结合第二方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，所述第二焊盘电极与所述第二互连电极之间还设置有一第三互连电极，所述第二焊盘电极与所述第三互连电极电连接。
第三方面，本发明实施例还提供了一种发光二极管封装件，包括：
封装体，具有安装表面；
LED芯片，安装在安装表面上，该LED芯片如上所述的任一项所示，被构造为可发射一定波长范围的光；
磷光体，覆盖所述LED芯片，被构造为将所述LED芯片发射的光转换为另一波长的光。
本发明实施例提供的发光二极管及发光二极管封装件，发光二极管包括：衬底，以及设置在所述衬底上的发光结构层，所述发光结构层顺次包括N型层、有源层和P型层；所述N型层包括未被所述P型层和所述有源层覆盖的暴露区域，所述暴露区域包括若干个分散的N台阶；反射电极，包括分散设置于所述P型层的上表面的复数个子反射电极；第一绝缘层，覆盖所述发光结构层并包括露出所述N台阶的第一开口和露出所述子反射电极的第二开口；第一互连电极，通过所述第一开口与所述N型层电性连接；第二互连电极，通过所述第二开口与所述反射电极电性连接，所述第一互连电极与所述第二互连电极绝缘设置；所述子反射电极的数量大于所述N台阶的数量。这样，通过分散设置于P型层的上表面的复数个子反射电极，以及，子反射电极的数量大于N台阶的数量，使得LED中的反射面发生变化，改变了光的反射角以及折射角，从而改变出射光的临界角，能够使得更多的光出射到空气中，能够有效提升LED的出光效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。
图1示出了本发明实施例一所提供的发光结构层上形成N台阶的主视结构示意图；
图2示出了本发明实施例一所提供的发光结构层上形成N台阶的俯视结构示意图；
图3示出了本发明实施例一所提供的发光结构层与透明电极的主视结构示意图；
图4示出了本发明实施例一所提供的发光结构层与透明电极的俯视结构示意图；
图5示出了本发明实施例一所提供的银柱阵列的主视结构示意图；
图6示出了本发明实施例一所提供的银柱阵列的俯视结构示意图；
图7示出了本发明实施例一所提供的银柱和DBR孔洞阵列的主视结构示意图；
图8示出了本发明实施例一所提供的银柱和DBR孔洞阵列的俯视结构示意图；
图9示出了本发明实施例一所提供的第二互连电极的主视结构示意图；
图10示出了本发明实施例一所提供的第四开口的主视结构示意图；
图11示出了本发明实施例一所提供的第四开口的俯视结构示意图；
图12示出了本发明实施例一所提供的第五开口的主视结构示意图；
图13示出了本发明实施例一所提供的第五开口的俯视结构示意图；
图14示出了本发明实施例一所提供的焊盘开口的主视结构示意图；
图15示出了本发明实施例一所提供的焊盘开口的俯视结构示意图；
图16示出了本发明实施例一所提供的发光二极管的主视结构示意图；
图17示出了本发明实施例一所提供的发光二极管的俯视结构示意图；
图18示出了本发明实施例二所提供的间隙的主视结构示意图；
图19示出了本发明实施例二所提供的间隙的俯视结构示意图；
图20示出了本发明实施例二所提供的焊盘开口的主视结构示意图；
图21示出了本发明实施例二所提供的焊盘开口的俯视结构示意图；
图22示出了本发明实施例二所提供的发光二极管的主视结构示意图；
图23示出了现有发光二极管的出光示意图；
图24示出了本发明实施例所提供的发光二极管的出光示意图。
附图标注：100：衬底；200：发光结构层；210：N型层；220：有源层；230：P型层；211、212：N台阶；300：透明电极；400：反射电极；420：第二电极；500：第一绝缘层；510：第一开口；520：第二开口；610：第一互连电极；620：第二互连电极；630：第三互连电极；700：第二绝缘层；710：第三开口；720：第四开口；721：第五开口；730：间隙(第一互连电极和第三互连电极之间)；800：上绝缘层；810：第一焊盘开口；820：第二焊盘开口；910：第一焊盘电极；920：第二焊盘电极。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种发光二极管及发光二极管封装件，下面通过实施例进行描述。
实施例一
如图1至图17所示，该发光二极管包括：
衬底100，以及设置在衬底100上的发光结构层200，发光结构层200顺次包括N型层210、有源层220和P型层230；N型层210包括未被P型层230和有源层220覆盖的暴露区域，所述暴露区域包括若干个分散的N台阶211、212；
反射电极400，包括分散设置于P型层230的上表面的复数个子反射电极(第二电极420)；
第一绝缘层500，覆盖发光结构层200并包括露出所述N台阶的第一开口510和露出所述子反射电极的第二开口520；
第一互连电极610，通过第一开口510与N型层210电性连接；
第二互连电极620，通过第二开口520与反射电极400电性连接，第一互连电极610与第二互连电极620绝缘设置；
所述子反射电极的数量大于所述N台阶的数量。
本发明实施例中，作为一可选实施例，所述子反射电极为阵列设置的柱状结构；
优选为Ag柱结构。
本发明实施例中，为了有效降低阵列Ag柱结构的薄膜应力，保障Ag柱结构获得更好的反射特性以及附着力，作为一可选实施例，作为一可选实施例，所述子反射电极包括Ag柱子层、第一高莫氏硬度金属子层、第一低莫氏硬度金属子层以及第二高莫氏硬度金属子层。其中，Ag柱子层为单层结构，第一高莫氏硬度金属子层、第一低莫氏硬度金属子层以及第二高莫氏硬度金属子层可以为单层或多层结构。
本发明实施例中，高莫氏硬度金属包括但不限于：Ti、Pt、Ni、Cr，低莫氏硬度金属包括但不限于：Al、Au。
本发明实施例中，作为一可选实施例，子反射电极包括但不限于以下结构：
子反射电极第一结构：Ag/Ti/Pt/Ti/Pt/Al/Ti/Al/Ti/Pt；
子反射电极第二结构：Ag/Ni/Pt/Ni/Pt/Al/Ti/Al/Ti/Pt；
子反射电极第三结构：Ag/Ti/Pt/Ti/Pt/Au/Ti/Pt；
子反射电极第四结构：Ag/Ni/Pt/Ni/Pt/Au/Ti/Pt；
子反射电极第五结构：Ag/Cr/Pt/Cr/Pt/Al/Ti/Al/Ti/Pt。
本发明实施例中，低莫氏硬度金属Al和Au用于以包裹和披覆的方式形成梯形的Ag柱，Pt作为最后一层保护层，用于保护Ag柱，以及，进行侧边反射。
本发明实施例中，作为一可选实施例，所述Ag柱子层的高度为1-2um。可采用电子束蒸镀或者溅射方式进行沉积以获得Ag柱。
本发明实施例中，作为一可选实施例，所述子反射电极的半径为5um-30um，相邻两个子反射电极的间距为20um-100um。
本发明实施例中，作为一可选实施例，第一绝缘层500为DBR反射层；第二互连电极620包括粘附层、金属反射层，反射电极400、DBR反射层、第二互连电极620对从有源层220发出的光形成多重反射。
本发明实施例中，作为一可选实施例，所述粘附层的材料采用元素周期表中位于铟锡金属与银金属之间的金属元素，包括：Ti、Cr、Ni中的一种或多种，厚度为
本发明实施例中，作为一可选实施例，所述发光二极管还包括分别与第一互连电极610和第二互连电极620电性连接的第一焊盘电极910和第二焊盘电极920，第一焊盘电极910和第二焊盘电极920电性绝缘。
本发明实施例中，作为一可选实施例，所述子反射电极的数量是所述N台阶个数的2倍以上。
本发明实施例中，作为一可选实施例，所述N台阶分布在所述发光二极管的周边的数量大于其位于发光二极管内部的个数。
本发明实施例中，作为一可选实施例，该发光二极管还包括：
设置在发光结构层200上的透明电极300。
本发明实施例中，作为一可选实施例，透明电极300为铟锡金属氧化物(ITO，Indium Tin Oxides)层。
本发明实施例中，作为另一可选实施例，该发光二极管还包括：
第二绝缘层700，覆盖第二互连电极620并包括露出所述N台阶的第三开口710、露出第二互连电极620的第四开口720和露出第一互连电极610的第五开口721。
本发明实施例中，作为再一可选实施例，该发光二极管还包括：
上绝缘层800，设置于第一焊盘电极910和第二焊盘电极920之间，包括第一焊盘开口810和第二焊盘开口820，第一焊盘电极910穿过第一焊盘开口810与第一互连电极610电性连接，第二焊盘电极920穿过第二焊盘开口820与第二互连电极620电性连接。
实施例二
如图18至图22所示，该发光二极管，包括：
衬底100，设置在衬底100上的发光结构层200，发光结构层200依次包括N型层210、有源层220和P型层230，N型层210包括未被P型层230和有源层220覆盖的暴露区域，所述暴露区域包括若干个分散的N台阶；
透明电极300，设置于P型层230上，具有电流扩展功能；
反射电极400，包括复数个分散设置于透明电极300上的Ag柱结构；
DBR反射层，覆盖发光结构层200，并包括露出所述N台阶的第一开口510和露出所述子反射电极的第二开口520；
第一互连电极610，通过第一开口510与N型层210电性连接；
第二互连电极620，通过第二开口520与反射电极400电性连接，第一互连电极610与第二互连电极620绝缘设置；
第一焊盘电极910，电性连接于第一互连电极610；
第二焊盘电极920，电性连接于第二互连电极620；第一焊盘电极810和第二焊盘电极820电性绝缘；
所述Ag柱结构、DBR反射层、第二互连电极620对从有源层220发出的光形成多重反射。
本发明实施例中，作为一可选实施例，所述Ag柱结构呈密集的蜂窝状阵列分布，所述Ag柱结构的半径为5um-30um，相邻两个Ag柱结构的间距为20um-100um。
本发明实施例中，作为一可选实施例，一上绝缘层800设置于第一焊盘电极910和第二焊盘电极920之间，包括第一焊盘开口810和第二焊盘开口820，第一焊盘电极910穿过第一焊盘开口810与第一互连电极610电性连接，第二焊盘电极920穿过第二焊盘开口820与第二互连电极620电性连接。
本发明实施例中，作为一可选实施例，第二焊盘电极920与第二互连电极620之间还设置有一第三互连电极630，第二焊盘电极920与第三互连电极630电连接。
本发明实施例中，通过设置子反射电极为阵列银柱(Ag)，并采用高反射率的金属作为侧面反射层，对Ag柱进行包裹和保护，形成粗化的DBR结构，从而改变LED中的反射面，有效改变了光的反射角以及折射角，进而改变出射光的临界角，能够使得更多的光出射到空气中，从而提升了LED的出光效率；同时，Ag柱阵列的结构，能够提供电流的多路径连通，从而能够提供更好的电流扩展性能和散热性能，使得LED还具有优异的电流扩展性能，进而提高LED的电流扩展和散热能力。
图23示出了现有发光二极管的出光示意图；
图24示出了本发明实施例所提供的发光二极管的出光示意图。
如图23和图24所示，图23中，光从多量子阱(MQW，Multi Quantum Well)发射，经过GaN层，在DBR层界面发生了反射，图24由于Ag柱的存在，形成粗化的DBR层界面，从而改变光的反射面，构成全角反射镜(ODR，Omni Directional Reflector)结构，使得发光区发出的一部分光在DBR层和Ag柱界面改变反射角度，进而改变光的折射角，导致出射光的临界角发生变化，使得更多的出射光在蓝宝石和GaN界面不满足全反射的条件，从而出射到空气中，提高了LED的光提取效率。
实施例三
本发明实施例提供的发光二极管封装件，包括：
封装体，具有安装表面；
LED芯片，安装在安装表面上，该LED芯片如上的任一项所示，被构造为可发射一定波长范围的光；
磷光体，覆盖所述LED芯片，被构造为将所述LED芯片发射的光转换为另一波长的光。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (16)
1.一种发光二极管，其特征在于，包括：
衬底，以及设置在所述衬底上的发光结构层，所述发光结构层顺次包括N型层、有源层和P型层；所述N型层包括未被所述P型层和所述有源层覆盖的暴露区域，所述暴露区域包括若干个分散的N台阶；
反射电极，包括分散设置于所述P型层的上表面的复数个子反射电极；
第一绝缘层，覆盖所述发光结构层并包括露出所述N台阶的第一开口和露出所述子反射电极的第二开口；
第一互连电极，通过所述第一开口与所述N型层电性连接；
第二互连电极，通过所述第二开口与所述反射电极电性连接，所述第一互连电极与所述第二互连电极绝缘设置；
所述子反射电极的数量大于所述N台阶的数量；
相邻两个子反射电极的间距为20um-100um。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述子反射电极为阵列设置的柱状结构。
3.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于，所述柱状结构为Ag柱结构。
4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述子反射电极包括Ag柱子层、第一高莫氏硬度金属子层、第一低莫氏硬度金属子层以及第二高莫氏硬度金属子层。
5.根据权利要求3所述的发光二极管，其特征在于，所述Ag柱结构的高度为1-2um。
6.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述子反射电极的半径为5um-30um。
7.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一绝缘层为DBR反射层；所述第二互连电极包括粘附层、金属反射层，所述反射电极、DBR反射层、第二互连电极对从有源层发出的光形成多重反射。
8.根据权利要求7所述的发光二极管，其特征在于，所述粘附层的材料包括：Ti、Cr、Ni中的一种或多种，厚度为3Å~20Å。
9.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管还包括分别与所述第一互连电极和所述第二互连电极电性连接的第一焊盘电极和第二焊盘电极，所述第一焊盘电极和所述第二焊盘电极电性绝缘。
10.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述子反射电极的数量是所述N台阶个数的2倍以上。
11.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述N台阶分布在所述发光二极管的周边的数量大于其位于发光二极管内部的个数。
12.一种发光二极管，包括：
衬底，设置在衬底上的发光结构层，所述发光结构层依次包括N型层、有源层和P型层，所述N型层包括未被所述P型层和所述有源层覆盖的暴露区域，所述暴露区域包括若干个分散的N台阶；
透明电极，设置于所述P型层上，具有电流扩展功能；
反射电极，包括复数个分散设置于所述透明电极上的Ag柱结构；
DBR反射层，覆盖所述发光结构层，并包括露出所述N台阶的第一开口和露出所述Ag柱结构的第二开口；
第一互连电极，通过所述第一开口与所述N型层电性连接；
第二互连电极，通过所述第二开口与所述反射电极电性连接，所述第一互连电极与所述第二互连电极绝缘设置；
第一焊盘电极，电性连接于所述第一互连电极；
第二焊盘电极，电性连接于所述第二互连电极；所述第一焊盘电极和所述第二焊盘电极电性绝缘；
所述Ag柱结构、DBR反射层、第二互连电极对从有源层发出的光形成多重反射；
相邻两个Ag柱结构的间距为20um-100um。
13.根据权利要求12所述的发光二极管，其特征在于，所述Ag柱结构呈密集的蜂窝状阵列分布，所述Ag柱结构的半径为5um-30um。
14.根据权利要求12所述的发光二极管，其特征在于，一上绝缘层设置于所述第一焊盘电极和所述第二焊盘电极之间，包括第一焊盘开口和第二焊盘开口，第一焊盘电极穿过第一焊盘开口与所述第一互连电极电性连接，第二焊盘电极穿过所述第二焊盘开口与所述第二互连电极电性连接。
15.根据权利要求14所述的发光二极管，其特征在于，所述第二焊盘电极与所述第二互连电极之间还设置有一第三互连电极，所述第二焊盘电极与所述第三互连电极电连接。
16.一种发光二极管封装件，包括：
封装体，具有安装表面；
LED芯片，安装在安装表面上，该LED芯片如权利要求1~15所述的任一项所示，被构造为可发射一定波长范围的光；
磷光体，覆盖所述LED芯片，被构造为将所述LED芯片发射的光转换为另一波长的光。
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