CN116014050B - 一种发光元件 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种发光元件，衬底具有第一表面和第二表面；外延层位于衬底的第一表面上并依次包括N型半导体层、发光层和P型半导体层，反射结构包括设置在衬底的第二表面上，和/或P型半导体层上的反射膜组；反射膜组至少包括第一绝缘反射层和第二绝缘反射层，第一绝缘反射层对第一波长范围的光比对第二波长范围的光具有更高的反射率，第二绝缘反射层对第二波长范围的光比对第一波长范围的光具有更高的反射率，第二波长范围中的波长大于第一波长范围中的波长；第二绝缘反射层的总厚度大于第一绝缘反射层的总厚度，反射结构对波长范围在400nm～900nm的光的反射率大于等于85％。本申请能够减少膜层的吸收损耗，达到提高外量子效率的效果。

Description

一种发光元件

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种发光元件。

背景技术

发光二极管为半导体发光元件，通常由如GaN、GaAs、GaP、GaAsP等半导体制成，其核心是具有发光特性的PN结，在外接电源的作用下，电子和空穴相对以后产生复合辐射而发光。发光二极管具有成本低、光效高、节能环保等优点，被广泛用于照明、可见光通信及发光显示等场景。具体地讲，背光单元、普通照明设备所需的发射诸如白光的混合颜色的光的各种类型的发光二极管封装件已被市场化。

由于从发光二极管封装件输出的光主要取决于发光二极管芯片的光效率，因此已持续地进行提高发光二极管芯片的光效率的研究。具体地讲，已持续地进行提高发光二极管芯片的光提取效率的尝试。已知其中一种尝试为在诸如蓝宝石的透明基板的底表面上形成金属反射器或分布布拉格反射器的技术。如中国专利zL201010548438.5，其通过周期性地讲TiO2/SiO2涂覆到研磨后的蓝宝石基板上，通过采用分布布拉格反射器，对于400nm至500nm的蓝光波长范围的光、500nm至600nm的绿光波长范围的光及600nm至700nm的红光波长范围的光，可获得90％或更高的反射率，甚至98％或更高的反射率。但对更高波长范围的光，如700nm至900nm范围的光的反射率在程断崖式下降，且如论如何调整反射层，其对750nm以上的光的反射率都无法达到60％以上，影响了发光二极管封装件的出光效率。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种发光元件，反射结构对波长范围在400nm～900nm的光的反射率达到大于等于85％，从而减少膜层的吸收损耗，达到提高外量子效率的效果。

第一方面，本申请提供了一种发光元件，包括：

衬底，具有第一表面和第二表面；

外延层，位于所述衬底的第一表面上并依次包括N型半导体层、发光层和P型半导体层，

反射结构，包括设置在所述衬底的第二表面上，和/或P型半导体层上的反射膜组；

其中，所述反射膜组至少包括第一绝缘反射层和第二绝缘反射层，所述第一绝缘反射层对第一波长范围的光比对第二波长范围的光具有更高的反射率，所述第二绝缘反射层对第二波长范围的光比对第一波长范围的光具有更高的反射率，所述第二波长范围中的波长大于所述第一波长范围中的波长；所述第二绝缘反射层的总厚度大于所述第一绝缘反射层的总厚度，所述反射结构对波长范围在400nm～900nm的光的反射率大于等于85％。

在一种可选的实施例中，所述反射结构对波长范围在400nm～550nm的光的反射率为98％～100％；所述反射结构对波长范围在550nm～700nm的光的反射率为85％～100％；所述反射结构波长范围在700nm～900nm的光的反射率为90％～100％。

在一种可选的实施例中，所述第一绝缘反射层和所述第二绝缘反射层均由第一材料层和第二材料层层叠形成，所述第一材料层的吸收峰反射率高于所述第二材料层的吸收峰反射率；

其中，所述第一材料层的总厚度在所述反射膜组的整体厚度中占比在30％～37％之间。

在一种可选的实施例中，所述第一绝缘反射层中的全部第一材料层的厚度在所述第一绝缘反射层的整体厚度中占比在35％～40％之间；所述第二绝缘反射层中的全部第一材料层的厚度在所述第二绝缘反射层的整体厚度中占比在25％～35％之间。

在一种可选的实施例中，所述第一材料层的材料包括以下项中的任意一项：二氧化钛、二氧化锆、五氧化二钽、包含二氧化锆和二氧化钛的混合物、包含五氧化二钽和二氧化钛的混合物；

所述第二材料层的材料包括以下项中的任意一项：二氧化硅、包含二氧化硅和氧化铝的混合物。

在一种可选的实施例中，定义所述第一绝缘反射层中沿着第一方向设置的第一对第一材料层和第二材料层为第一反射对，定义所述第二绝缘反射层中沿着第一方向设置的最后一对第一材料层和第二材料层为第2n反射对；

所述第一绝缘反射层中至少存在一半的反射对的厚度大于所述第2n反射对的厚度；

其中，所述第一反射对的厚度大于所述第2n反射对的厚度，且小于所述第二绝缘反射层的平均厚度。

在一种可选的实施例中，定义所述反射膜组中沿着第一方向依次设置的一个第一材料层和一个第二材料层为一个反射对；

在每个反射对中，所述第二材料层的厚度大于所述第一材料层的厚度；

其中，至少有一组反射对中的第一材料层的厚度大于另一组反射对中第二材料层的厚度。

在一种可选的实施例中，所述第一绝缘反射层中至少存在一个反射对的厚度大于所述第二绝缘反射层中的其中一个反射对的厚度。

在一种可选的实施例中，在所述第二绝缘反射层中，沿着第一方向设置的反射对中第二材料层的厚度按照预设规律变化；

其中，所述反射膜组的厚度在4.0μm～5μm之间，全部第一材料层的厚度之和在1.2μm～1.7μm之间，全部第二材料层的厚度之和在2.8μm～3.3μm之间。

在一种可选的实施例中，所述反射结构还包括插入层，所述插入层层叠设置在所述第一绝缘反射层或第二绝缘反射层上。

在一种可选的实施例中，所述发光元件被构造为发射第一波长范围的光和第二波长范围的光；

若所述发光元件先发射第一波长范围的光再发射第二波长范围的光，则所述第一绝缘反射层比所述第二绝缘反射层更靠近所述发光元件的发光层；

若所述发光元件先发射第二波长范围的光再发射第一波长范围的光，则所述第二绝缘反射层比所述第一绝缘反射层更靠近所述发光元件的发光层。

在一种可选的实施例中，所述反射结构的各个反射对中最靠近所述发光层的是第一材料层。

在一种可选的实施例中，所述反射结构还包括设置在所述反射膜组上的金属反射层；带有所述金属反射层的反射结构对波长范围在400nm～1200nm的光的反射率大于等于90％；其中，当入射角小于10°时，在波长为400nm～1200nm范围内，所述反射结构的反射率大于90％。

在一种可选的实施例中，所述金属反射层为Ag或Al。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供的发光元件中，反射结构包括设置在衬底的第二表面上，和/或P型半导体层上的反射膜组；反射膜组至少包括第一绝缘反射层和第二绝缘反射层，第一绝缘反射层对第一波长范围的光比对第二波长范围的光具有更高的反射率，第二绝缘反射层对第二波长范围的光比对第一波长范围的光具有更高的反射率，第二波长范围中的波长大于第一波长范围中的波长；第二绝缘反射层的总厚度大于第一绝缘反射层的总厚度，反射结构对波长范围在400nm～900nm的光的反射率大于等于85％。通过上述设置，发光元件能够减少膜层的吸收损耗，提高反射结构膜层稳定性，从而提高外量子效率以及发光元件的发光亮度的效果。

为使本申请的上述目的、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申请实施例的技术方案，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申请的某些实施例，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为本申请实施例所提供的一种反射结构的光谱曲线图；

图2为本申请实施例所提供的一种DBR反射光谱示意图；

图3为本申请实施例所提供的一种二氧化钛的吸收反射率与波长的变化示意图；

图4为本申请实施例所提供的一种二氧化硅的吸收反射率与波长的变化示意图；

图5为本申请实施例所提供的另一种反射结构的光谱曲线图；

图6为本申请实施例所提供的一种反射结构的膜系设计厚度示意图；

图7为本申请实施例所提供的一种反射结构的结构示意图；

图8为本申请实施例所提供的一种中心波长的变化示意图；

图9为本申请实施例所提供的一种对比光谱示意图；

图10为本申请实施例所提供的另一种反射结构的结构示意图；

图11为本申请实施例所提供的一种DBR+Al反射光谱示意图；

图12为本申请实施例所提供的一种DBR+Ag反射光谱示意图；

图13为本申请实施例所提供的一种发光元件的结构示意图；

图14为本申请实施例所提供的另一种发光元件的结构示意图；

图15为本申请实施例所提供的另一种发光元件的结构示意图。

附图标记：

10、11-反射结构；110-第一绝缘反射层；120-第二绝缘反射层；101-第一反射对；128-第2n反射对；1011-第一材料层；1012-第二材料层；1013-插入层；

20、21、22-衬底；

30、31、32-外延层；301、311-N型半导体层；302、312-发光层；303、313-P型半导体层；

40、41、42-电流阻挡层；

50、51、52-电流扩展层；

60-保护层；

71、72-P焊盘；

81、82-N焊盘；

80、91、93-N电极层；70、92、94-P电极层。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请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申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。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。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

首先，对本申请可适用的应用场景进行介绍：

分布布拉格反射镜(Distributed Bragg Reflector，DBR)是在波导中使用的反射器。当光经过不同介质时在界面的地方会反射，反射率的大小会与介质间折射率大小有关，如果把不同折射率的薄膜交互周期性的堆叠在一起，当光经过这些不同折射率的薄膜时，由于各层反射回来的光因相位角的改变而进行建设性干涉，然后互相结合再一起，会得到强烈反射光。因此，DBR作为蒸镀在发光二极管芯片(简称LED)上的光学多膜层结构，其类光子特性可以达到99％以上的反射特性，进而有效提高LED的发光亮度。

发光二极管为半导体发光元件，通常由如GaN、GaAs、GaP、GaAsP等半导体制成，其核心是具有发光特性的PN结，在外接电源的作用下，电子和空穴相对以后产生复合辐射而发光。发光二极管具有成本低、光效高、节能环保等优点，被广泛用于照明、可见光通信及发光显示等场景。具体地讲，背光单元、普通照明设备所需的发射诸如白光的混合颜色的光的各种类型的发光二极管封装件已被市场化。

由于从发光二极管封装件输出的光主要取决于发光二极管芯片的光效率，因此已持续地进行提高发光二极管芯片的光效率的研究。具体地讲，已持续地进行提高发光二极管芯片的光提取效率的尝试。已知其中一种尝试为在诸如蓝宝石的透明基板的底表面上形成金属反射器或分布布拉格反射器的技术。如中国专利zL201010548438.5，其通过周期性地讲TiO2/SiO2涂覆到研磨后的蓝宝石基板上，通过采用分布布拉格反射器，对于400nm至500nm的蓝光波长范围的光、500nm至600nm的绿光波长范围的光及600nm至700nm的红光波长范围的光，可获得90％或更高的反射率，甚至98％或更高的反射率。但对更高波长范围的光，如700nm至900nm范围的光的反射率在程断崖式下降，且如论如何调整反射层，其对750nm以上的光的反射率都无法达到60％以上，影响了发光二极管封装件的出光效率。

基于此，本申请实施例提供一种发光元件，以解决上述存在的技术问题，进而提高可见光LED芯片的发光亮度，其中，本申请实施例中的反射结构相当于DBR。

本申请实施例提供一种发光元件，包括：衬底，具有第一表面和第二表面；外延层，位于衬底的第一表面上并依次包括N型半导体层、发光层和P型半导体层，反射结构，包括设置在所述衬底的第二表面上，和/或P型半导体层上的反射膜组；其中，反射膜组至少包括第一绝缘反射层和第二绝缘反射层，第一绝缘反射层对第一波长范围的光比对第二波长范围的光具有更高的反射率，第二绝缘反射层对第二波长范围的光比对第一波长范围的光具有更高的反射率，第二波长范围中的波长大于第一波长范围中的波长；第二绝缘反射层的总厚度大于第一绝缘反射层的总厚度，反射结构对波长范围在400nm～900nm的光的反射率大于等于85％。

这里，第一波长范围的光包括蓝光波长范围的光；第二波长范围的光包括绿光波长范围的光或包括红光波长范围的光。

一种可选的实施例中，反射结构对波长范围在400nm～550nm的光的反射率为98％～100％；反射结构对波长范围在550nm～700nm的光的反射率为85％～100％；反射结构波长范围在700nm～900nm的光的反射率为90％～100％。

如图1所示，根据反射结构的光谱曲线图可知，反射结构在波长550nm～700nm处存在两个吸收峰，吸收峰处的反射率大于85％，其余位置的反射率为98％～100％。

举例说明，如图2所示，单纯DBR膜系设计可实现反射角度为10°时，反射率≥95％，频谱带宽为450nm，在580nm～670nm之间存在两个吸收峰，反射率＞85％，如曲线A1所示；对于入射角度为60°时，反射率≥95％，频谱带宽为280nm，在500nm～600nm之间存在三个吸收峰，反射率＞87％，如曲线A3所示；对于入射角度为30°时，反射率＞86％，如曲线A2所示。

具体地，在第一绝缘反射层中，第一材料层的中心波长在350nm～896nm之间，其中，第一材料层的中心波长均值为574nm；第二材料层的中心波长在460nm～697nm之间，其中，第二材料层的中心波长均值为528nm；在第二绝缘反射层中，第一材料层的中心波长在492nm～964nm之间，其中，第一材料层的中心波长均值为652nm；第二材料层的中心波长在423nm～1115nm之间，其中，第二材料层的中心波长均值为825nm。这里，间接限定了第一材料层和第二材料层的厚度，其中，厚度＝波长/(4n)，n为材料的折射率。

一种可选的实施例中，第一绝缘反射层和第二绝缘反射层均由第一材料层和第二材料层层叠形成，第一材料层的吸收峰反射率高于第二材料层的吸收峰反射率；其中，第一材料层的总厚度在反射膜组的整体厚度中占比在30％～37％之间。

一种可选的实施例中，第一绝缘反射层中的全部第一材料层的厚度在第一绝缘反射层的整体厚度中占比在35％～40％之间；第二绝缘反射层中的全部第一材料层的厚度在第二绝缘反射层的整体厚度中占比在25％～35％之间。

一种可选的实施例中，第一材料层的材料包括以下项中的任意一项：二氧化钛、二氧化锆、五氧化二钽、包含二氧化锆和二氧化钛的混合物、包含五氧化二钽和二氧化钛的混合物；

第二材料层的材料包括以下项中的任意一项：二氧化硅、包含二氧化硅和氧化铝的混合物。

这里，在二氧化硅中掺杂氧化铝，有利于提升二氧化硅的覆盖性，增加DBR膜层致密性。

示例性的，第一材料层的材料包括二氧化钛，第二材料层的材料包括二氧化硅。由于二氧化钛刻蚀为纯物理刻蚀，二氧化硅刻蚀为物理和化学刻蚀，所以减少二氧化钛的厚度可实现DBR刻蚀角度更优。

举例说明，当第一材料层的材料为二氧化钛，第二材料层的材料为二氧化硅时，其中，二氧化钛的吸收反射率与波长的变化如图3所示，二氧化硅的吸收反射率与波长的变化如图4所示。因为在长波中二氧化钛的光吸收率远远大于二氧化硅，在中心波长WLD＞550nm时，二氧化钛的厚度占比不超过35％，整个膜系中存在两个吸收峰，吸收峰反射率≥90％，如图1所示；因为在短波中二氧化硅和二氧化钛的整个光吸收率大于长波中二氧化钛和二氧化硅的光吸收率，在中心波长WLD≤550nm时，整个反射结构的膜系设计以反射波为主，中心波长在400nm～600nm之间，反射率＞99.5％，△WLD带宽为150～200nm，整个反射无吸收峰，如图5所示。由此可知，采用本申请中的反射结构，即使在全光谱(400nm～880nm)之间存在若干个小吸收峰，仍旧能保证发光元件的发光亮度。

示例性的，反射膜组包括层叠设置的至少22个反射对，反射结构中的反射对的厚度沿着第一方向递增，每个反射对由一个第一材料层和一个第二材料层层叠形成。其中，第一绝缘反射层包括沿着第一方向设置的至少11个反射对，第二绝缘反射层包括至少22个反射对中除了沿着第一方向设置的至少11个反射对之外的剩余反射对。其中，第一方向为从靠近发光元件的发光层向远离发光元件的发光层的方向。

优选地，反射膜组包括层叠设置的28个反射对，每个反射对由一个第一材料层和一个第二材料层层叠形成，其中，全部第一材料层的厚度在反射膜组的整体厚度中占比33％，全部第二材料层的厚度在反射膜组的整体厚度中占比67％。

一种可选的实施例中，反射膜组的厚度在4.0μm～5μm之间，全部第一材料层的厚度之和在1.2μm～1.7μm之间，全部第二材料层的厚度之和在2.8μm～3.3μm之间。优选地，当反射膜组包括层叠设置的28个反射对时，反射膜组的厚度为4.8μm，全部第一材料层的厚度之和为1.6μm，全部第二材料层的厚度之和为3.2μm。具体地，反射膜组包括层叠设置的28个反射对，每个反射对包括一个二氧化钛层和一个二氧化硅层，其中，反射结构中的全部二氧化钛层和二氧化硅层的膜系设计厚度设置可以如图6所示。

当第一绝缘反射层包括层叠设置的14个反射对时，第一绝缘反射层的厚度为2μm，第一绝缘反射层中的第一材料层的厚度为0.74μm，第二材料层的厚度为1.26μm；当第二绝缘反射层包括层叠设置的剩余14个反射对时，第二绝缘反射层的厚度为2.8μm，第二绝缘反射层中的第一材料层的厚度为0.84μm，第二材料层的厚度为1.96μm。

举例说明，如图7所示，在反射结构10中，第一绝缘反射层110包括沿着第一方向设置的14个反射对，第二绝缘反射层120包括沿着第一方向设置的14个反射对。具体地，当第一绝缘反射层包括层叠设置的14个反射对时，第一绝缘反射层110的厚度为2μm，第一绝缘反射层110中的全部第一材料层的厚度为0.74μm，全部第二材料层的厚度为1.26μm；全部第一材料层占第一绝缘反射层110的厚度为37.2％，全部第二材料层占第一绝缘反射层110的厚度为62.8％；当第二绝缘反射层120包括层叠设置的剩余14个反射对时，第二绝缘反射层120的厚度为2.8μm，第二绝缘反射层120中的全部第一材料层的厚度为0.84μm，全部第二材料层的厚度为1.96μm；全部第一材料层占第二绝缘反射层120的厚度为25％，全部第二材料层占第二绝缘反射层120的厚度为75％。其中，第一绝缘反射层110和第二绝缘反射层120的中心波长按照图8所示的中心波长的变化示意图进行设置。

一种可选的实施例中，定义反射膜组中沿着第一方向依次设置的一个第一材料层和一个第二材料层为一个反射对；在每个反射对中，第二材料层的厚度大于第一材料层的厚度；其中，至少有一组反射对中的第一材料层的厚度大于另一组反射对中第二材料层的厚度。

一种可选的实施例中，第一绝缘反射层中至少存在一个反射对的厚度大于第二绝缘反射层中的其中一个反射对的厚度。

一种可选的实施例中，定义第一绝缘反射层中沿着第一方向设置的第一对第一材料层和第二材料层为第一反射对，定义第二绝缘反射层中沿着第一方向设置的最后一对第一材料层和第二材料层为第2n反射对；第一绝缘反射层中至少存在一半的反射对的厚度大于第2n反射对的厚度；其中，第一反射对的厚度大于第2n反射对的厚度，且小于第二绝缘反射层的平均厚度。

进一步地，如图7所示，定义第一绝缘反射层中沿着第一方向设置的第一个反射对为第一反射对101，定义第二绝缘反射层中沿着第一方向设置的最后一个反射对为第2n反射对128；第一反射对101的厚度大于第2n反射对128的厚度，且小于第二绝缘反射层120的平均厚度。优选地，第一绝缘反射层110中至少存在一半的反射对的厚度大于第2n反射对128的厚度。优选地，第一绝缘反射层110中的每个反射对的厚度均大于第2n反射对128的厚度。在第二绝缘反射层120中，每个反射对的厚度均不相同，相邻反射对中第一材料层1011的厚度也不相同。优选地，在第二绝缘反射层120中，沿着第一方向设置的反射对中第二材料层1012的厚度按照预设规律变化。具体地，在第二绝缘反射层120中，沿着第一方向设置的反射对中第二材料层1012的膜层厚度呈现厚、薄、厚、薄变化。优选地，在第二绝缘反射层12 0中，至少有两个反射对的厚度小于等于第二绝缘反射层120的平均厚度。

一种可选的实施例中，在第二绝缘反射层中，沿着第一方向设置的反射对中第二材料层的膜层厚度按照预设规律变化。优选地，第二材料层对应的膜层厚度呈现厚、薄、厚、薄变化。

举例说明，如图9所示，现有技术中采用的该结构采取短长中三个薄层拼接，其中短光谱频宽135nm，起点400nm～530nm，氧化钛占比37.74％，如曲线a1所示；中间光谱频宽165nm，起点＜530nm，终点＜680nm，氧化钛占比37.67％，如曲线b1所示；长光谱频宽起点＜680nm，终点＜880nm，氧化钛占比37.62％，如曲线c1所示；整个56层设计光谱无吸收峰，频宽范围约450nm，氧化钛整个占比37.7％。相比本申请实施例中的反射结构，氧化钛的总厚度在反射膜组的整体厚度中不超过37％，如曲线d1所示。现有技术中的设计使得整个膜层氧化钛厚度较厚，特别是长波段氧化钛厚度偏厚更加明显，从而导致反射结构的膜层稳定性较差。

在本申请实施例提供的反射结构中，能够在膜层层数满足一定条件的情况下，再通过控制反射结构中第一材料层的厚度占比，来减少膜层的吸收损耗，提高外量子效率，从而达到提高反射结构膜层稳定性的效果。此外，在保证带宽与反射率的基本要求下建立DBR结构的膜系层数和厚度之间的平衡关系，能够在保证发光元件的发光亮度条件下提高产业生产效率。

相关设计中，若将反射结构背镀在发光元件的一侧，需要在发光元件与反射结构之间设置插入层，以提升反射结构的反射膜GaN的粘附力，防止脱膜。基于此，本申请实施例中的反射结构包括插入层，插入层层叠设置在第一绝缘反射层或第二绝缘反射层上。

若发光元件先发射第一波长范围的光再发射第二波长范围的光，则第一绝缘反射层110设置为比第二绝缘反射层120更靠近发光元件的发光层，此时，插入层1013层叠设置在第一绝缘反射层110上，如图10所示。另外，若发光元件先发射第二波长范围的光再发射第一波长范围的光，则第二绝缘反射层设置为比第一绝缘反射层更靠近发光元件的发光层，此时，插入层层叠设置在第二绝缘反射层上。优选地，插入层的厚度为在10埃至10000埃之间。优选地，插入层的厚度为5000埃。优选地，当反射结构包括层叠设置的28个反射对时，每个反射对包括一个第一材料层和第二材料层，背镀在发光元件上的整个膜系(反射膜组与插入层)的厚度为5.3μm。其中，插入层的材料包括以下项中的任意一项：二氧化硅、包含二氧化硅和氧化铝的混合物。

一种可选的实施例中，反射结构还包括设置在反射膜组上的金属反射层；带有金属反射层的反射结构对波长范围在400nm～1200nm的光的反射率大于等于90％；其中，当入射角小于10°时，在波长为400nm～1200nm范围内，反射结构的反射率大于90％。可选地，金属反射层为Ag或Al。

举例说明，如图11所示，当金属反射层为Al时，DBR接触金属为铝时，在短波端反射率略有降低，各角度反射率全波段反射率基本＞90％，如曲线B1、B2、B3所示，个别吸收峰反射率＞60％，在大角度的整个反射频谱扩展明显；如图12所示，当金属反射层为Ag时，对于Ag基板或者Ag金属电极，因纯Ag反射率为100％，可削弱短波影响，各角度反射率全波段反射率基本＞95％，如曲线C1、C2、C3所示，同时对于高反复合金属，如TiAl、TiAg、CrAg等高反复合金属，对DBR长波反射均具有加强作用。

这里，当反射结构为DBR时，其反射率大于90％的波段最大到900nm，对于超过900nm波长的管，其反射率呈断崖式下降，为了实现对全波段的反射，进一步在反射膜组背面增设金属反射层，增加反射结构对长波段光的反射率。

一种可选的实施例中，发光元件被构造为发射第一波长范围的光和第二波长范围的光；若发光元件先发射第一波长范围的光再发射第二波长范围的光，则第一绝缘反射层比第二绝缘反射层更靠近发光元件的发光层设置；若发光元件先发射第二波长范围的光再发射第一波长范围的光，则第二绝缘反射层比第一绝缘反射层更靠近发光元件的发光层设置。一种可选的实施例中，反射结构的各个反射对中最靠近发光层的是第一材料层。

下面对本申请实施例提供的发光元件进行具体介绍：

第一种实施例中，如图13所示，发光元件包括：衬底20、外延层30和反射结构10；外延层30设置在衬底20的第一表面A上，外延层30沿着第一方向依次包括N型半导体层301、发光层302和P型半导体层303，反射结构10设置在衬底20的第二表面B上。N电极层80与其中一发光单元的N型半导体层301电性连接，P电极层70与其中另一发光单元的P型半导体层303电性连接。

一种可选的实例中，在外延层30表面上设有电流阻挡层40，电流扩展层50设置在外延层30表面，且包覆部分电流阻挡层40，未被电流扩展层50包覆的电流阻挡层40与P电极层70连接。

一种可选的实施例中，衬底20包括透明不导电衬底或者导电衬底。如衬底的材质可以为蓝宝石，这里以衬底为蓝宝石衬底为例进行说明，但不局限于此。

一种可选的实施例中，电流阻挡层40实际也是一层绝缘层，通常也是SiO2；其中，电流阻挡层40通常位于P电极层70的下方，P电极层70与电流阻挡层40之间还设置有电流扩展层50，电流扩展层50为透明导电层，通常为ITO，具有电流扩展作用，此时的电流阻挡层40的目的是防止电流沿最短路径流通，通过电流扩展层50对电流的扩展作用在P型半导体层上尽可能的均匀分布。

一种可选的实施例中，保护层为绝缘层，该保护层为了防止电极层漏电。其中，绝缘层的材质可以为氧化硅(SiO、SiO2)、氮化硅(Si□N4)、氮氧化硅(Si2N2O)、二氧化钛(TiO2)等中的任一种或多种。具体地，保护层可以包括单层的绝缘层。

本申请实施例中的发光元件通过在衬底的背面设置上述反射结构，由于反射结构具有膜层稳定、膜层吸收损耗小、膜系层数和厚度之间具有一定平衡的特点，可以进一步提升发光元件的发光亮度。

第二种实施例中，如图14所示，发光元件包括：衬底21、外延层31和反射结构11；外延层31设置在衬底21的第一表面上，外延层31沿着第一方向依次包括N型半导体层311、发光层312和P型半导体层313，在外延层31表面上设有电流阻挡层41，电流扩展层51设置在外延层31表面，且包覆电流阻挡层41，反射结构11包括设置在P型半导体层上的反射膜组。N焊盘层81与其中一发光单元的N型半导体层311通过N电极层91电性连接，P焊盘层71与其中另一发光单元的P型半导体层313通过P电极层92电性连接。其中，针对衬底21、电流阻挡层41和电流扩展层51的描述可以参考第一种实施例中的相关描述，这里不再赘述。

示例性的，对于倒装发光元件(正面镀反射结构)，与反射膜组接触金属为铝或者Ag，可实现各个角度≥95％以上，吸收峰反射率拉高，因此在反射结构设计时，光谱可存在多个小吸收峰，只要吸收峰反射率≥85％即可保证发光元件的发光亮度满足需求。

本申请实施例中的发光元件，通过在P型半导体层上设置上述反射结构，既可以起到很好的绝缘作用，同时具有很高的反射率，能将从侧壁发出的光子有效的反射回去，从而提高发光元件的外量子效率，提升发光元件的发光亮度。

第三种实施例中，如图15所示，发光元件包括衬底22、外延层32、反射结构10和反射结构11；外延层32设置在衬底22的第一表面上，外延层32沿着第一方向依次包括N型半导体层(图中未示出)、发光层(图中未示出)和P型半导体层(图中未示出)，在外延层32表面上设有电流阻挡层42，电流扩展层52设置在外延层32的表面，且包覆电流阻挡层42。N焊盘层82与其中一发光单元的N型半导体层通过N电极层93电性连接，P焊盘层72与其中另一发光单元的P型半导体层通过P电极层94电性连接。反射结构10设置在衬底的第二表面上，反射结构11设置在P型半导体层上。其中，针对衬底22、电流阻挡层42和电流扩展层52的描述可以参考第一种实施例中的相关描述，这里不再赘述。

本申请实施例通过在发光元件的正面和背面设置上述反射结构，增强发光元件的侧面出光，降低光学距离，进而能够显著提高光的提取效率，实现外量子效率的提高，从而提升发光元件的发光亮度。

针对上面三种实施例中所述的发光元件，发光元件被构造为发射第一波长范围的光和第二波长范围的光；若发光元件先发射第一波长范围的光再发射第二波长范围的光，则第一绝缘反射层设置为比第二绝缘反射层更靠近发光元件的发光层，其中，反射结构的各个反射对中最靠近发光层的是第一材料层。若发光元件先发射第二波长范围的光再发射第一波长范围的光，则第二绝缘反射层设置为比第一绝缘反射层更靠近发光元件的发光层，其中，反射结构的各个反射对中最靠近发光层的是第一材料层。

本申请实施例在制备发光元件的过程中，在蒸镀第一材料层时需要注意第一材料层的蒸镀膜质，减少光子吸收；控制蒸镀温度介于200℃～250℃之间，以保证在高温环境中能够有效较少膜内低价氧化物，从而减少光子吸收；真空度＞3*10-6Torr，以保证随着真空度提升，降低第一材料层的氧化；控制衬底温度介于120℃～180℃之间，以防止温度太高容易对衬底中金属造成不良影响；此外，为防止蒸发速率太慢，第一材料层氧化，以及蒸发速率太快，电子枪功率过高，降低电子枪寿命，本申请控制蒸发速率介于3A/S～6A/S之间。

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 (13)

1.一种发光元件，其特征在于，包括：

衬底，具有第一表面和第二表面；

外延层，位于所述衬底的第一表面上并依次包括N型半导体层、发光层和P型半导体层，

反射结构，包括设置在所述衬底的第二表面上，和/或P型半导体层上的反射膜组；

其中，所述反射膜组至少包括第一绝缘反射层和第二绝缘反射层，所述第一绝缘反射层对第一波长范围的光比对第二波长范围的光具有更高的反射率，所述第二绝缘反射层对第二波长范围的光比对第一波长范围的光具有更高的反射率，所述第二波长范围中的波长大于所述第一波长范围中的波长；所述第二绝缘反射层的总厚度大于所述第一绝缘反射层的总厚度，所述反射结构对波长范围在400nm～900nm的光的反射率大于等于85％；

所述第一绝缘反射层和所述第二绝缘反射层均由第一材料层和第二材料层层叠形成，所述第一材料层的吸收峰反射率高于所述第二材料层的吸收峰反射率；

其中，所述第一材料层的总厚度在所述反射膜组的整体厚度中占比在30％～37％之间。

2.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，

所述反射结构对波长范围在400nm～550nm的光的反射率为98％～100％；所述反射结构对波长范围在550nm～700nm的光的反射率为85％～100％；所述反射结构波长范围在700nm～900nm的光的反射率为90％～100％。

3.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述第一绝缘反射层中的全部第一材料层的厚度在所述第一绝缘反射层的整体厚度中占比在35％～40％之间；所述第二绝缘反射层中的全部第一材料层的厚度在所述第二绝缘反射层的整体厚度中占比在25％～35％之间。

4.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述第一材料层的材料包括以下项中的任意一项：二氧化钛、二氧化锆、五氧化二钽、包含二氧化锆和二氧化钛的混合物、包含五氧化二钽和二氧化钛的混合物；

所述第二材料层的材料包括以下项中的任意一项：二氧化硅、包含二氧化硅和氧化铝的混合物。

5.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，

定义所述第一绝缘反射层中沿着第一方向设置第一对第一材料层和第二材料层为第一反射对，定义所述第二绝缘反射层中沿着第一方向设置的最后一对第一材料层和第二材料层为第2n反射对；

所述第一绝缘反射层中至少存在一半的反射对的厚度大于所述第2n反射对的厚度；

其中，所述第一反射对的厚度大于所述第2n反射对的厚度，且小于所述第二绝缘反射层的平均厚度。

6.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，定义所述反射膜组中沿着第一方向依次设置的一个第一材料层和一个第二材料层为一个反射对；

在每个反射对中，所述第二材料层的厚度大于所述第一材料层的厚度；

其中，至少有一个反射对中的第一材料层的厚度大于另一个反射对中第二材料层的厚度。

7.根据权利要求6所述的发光元件，其特征在于，所述第一绝缘反射层中至少存在一个反射对的厚度大于所述第二绝缘反射层中的其中一个反射对的厚度。

8.根据权利要求6所述的发光元件，其特征在于，在所述第二绝缘反射层中，沿着第一方向设置的反射对中第二材料层的厚度按照预设规律变化；

其中，所述反射膜组的厚度在4.0μm～5μm之间，全部第一材料层的厚度之和在1.2μm～1.7μm之间，全部第二材料层的厚度之和在2.8μm～3.3μm之间。

9.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述反射结构还包括插入层，所述插入层层叠设置在所述第一绝缘反射层或第二绝缘反射层上。

10.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述发光元件被构造为发射第一波长范围的光和第二波长范围的光；

若所述发光元件先发射第一波长范围的光再发射第二波长范围的光，则所述第一绝缘反射层比所述第二绝缘反射层更靠近所述发光元件的发光层；

若所述发光元件先发射第二波长范围的光再发射第一波长范围的光，则所述第二绝缘反射层比所述第一绝缘反射层更靠近所述发光元件的发光层设置。

11.根据权利要求10所述的发光元件，其特征在于，所述反射结构的各个反射对中最靠近所述发光层的是第一材料层。

12.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述反射结构还包括设置在所述反射膜组上的金属反射层；带有所述金属反射层的反射结构对波长范围在400nm～1200nm的光的反射率大于等于90％；其中，当入射角小于10°时，在波长为400nm～1200nm范围内，所述反射结构的反射率大于90％。

13.根据权利要求12所述的发光元件，其特征在于，所述金属反射层为Ag或Al。