CN203165931U - 发光二极管芯片 - Google Patents

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杨恕帆
吴俊毅
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Abstract

本实用新型公开了一种发光二极管芯片，其至少包括：下电极；基板，位于所述下电极之上；嵌入式金属反射层，位于所述基板之上，由平面状金属反射层和触角状金属反射层构成；发光外延层，位于所述金属反射层之上，其至少包含n型半导体层、发光层和p型半导体层；以及上电极，位于所述发光外延层之上，其特征在于：金属反射层至少部分嵌入发光外延层，且与发光外延层之间存有空气间隙。此结构可以有效提高器件的取光效率。

Description

发光二极管芯片
技术领域
本实用新型涉及一种发光二极管芯片，更具体地是一种具有崁入式金属反射层的发光二极管芯片结构。
背景技术
发光二极管（light emitting diode, 简称LED）是一种PN接面处于正偏压情况下将电能转换成光能的半导体二极管。近年来，发光二极管得到了广泛的应用，在各种显示系统、照明系统、汽车尾灯等领域起着越来越重要的作用。典型的垂直型发光二极管结构可包括一n型电极与n型层、一基板、一多重或单一量子阱区、一p型层与一p型电极。加上正偏压后，量子阱区产生的光线在经过多次全反射后，大部分都被半导体材料或者基板吸收，使得LED内部的吸收损失变更大，大幅降低组件的光萃取率。所以对于这种传统的LED结构而言，即使内部的光电转化效率很高，它的外量子效率也不会很高。当前有很多种方法来提高LED出光的提取效率，如加厚窗口层、表面粗化、透明衬底、倒金字塔结构等。
发明内容
本实用新型提供了一种发光二极管芯片，其可以有效提高器件的取光效率。
根据实用新型的第一个方面，一种发光二极管芯片，包括：下电极；基板，位于所述下电极之上；嵌入式金属反射层，位于所述基板之上，由平面状金属反射层和触角状金属反射层构成；发光外延层，位于所述金属反射层之上，其至少包含n型半导体层、发光层和p型半导体层；以及上电极，位于所述发光外延层之上，其特征在于：金属反射层至少部分嵌入发光外延层，且与发光外延层之间存有空气间隙。
根据实用新型的第二个方面，一种发光二极管芯片，包括：下电极；基板，位于所述下电极之上；嵌入式金属反射层，位于所述基板之上，由平面状金属反射层和触角状金属反射层构成；窗口层，位于所述金属反射层之上；发光外延层，位于所述窗口层之上，其至少包含n型半导体层、发光层和p型半导体层；以及上电极，位于所述发光外延层之上，其特征在于：金属反射层至少部分嵌入窗口层，且与窗口层之间存有空气间隙。
在一些实施例中，所述嵌入式金属反射层用于增进电流密度均匀散布，降低发光二极管操作电压，增加光萃取率。
在一些实施例中，所述空气间隙的部分，可以填充透光层，即选用低折射率材质，如SiO2或Al2O3或ITO等。
在一些实施例中，所述触角状金属反射层的图形为棱柱型、圆柱型、半球型、椭球型、锲型、倒角锥型、棱台型等。
在一些实施例中，所述金属反射层嵌入发光外延层或窗口层的深度小于5μm，优选为50~150nm。
在一些实施例中，所述金属反射层嵌入发光外延层或窗口层，其与发光外延层或窗口层的接触面积大于剩余表面积，在此定义剩余表面积为：与嵌入发光外延层或窗口层的金属反射层位于同侧，其未嵌入部分的表面积。
在一些实施例中，所述基板可以为Si基板、Al2O3基板、AlN基板、PCB基板或MCPCB基板等。
在一些实施例中，所述金属反射层与基板之间还设有一键合层。
 前述发光二极管芯片可应用于各种显示系统、照明系统、汽车尾灯等领域。
本实用新型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，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型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。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1为一种现有AlInGaP四元系发光二极管的结构示意图。
图2为实施例1之一种发光二极管芯片的结构剖视图。
图3为实施例2之一种发光二极管芯片的结构剖视图。
图4为实施例3之一种发光二极管芯片的结构剖视图。
图5为实施例4之一种发光二极管芯片的结构剖视图。
图6为实施例5之一种发光二极管芯片的结构剖视图。
具体实施方式
下面结合示意图对本实用新型的LED器件结构及其制备方法进行详细的描述，借此对本实用新型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。需要说明的是，只要不构成冲突，本实用新型中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本实用新型的保护范围之内。
图1公开了一种具有全方位反射镜（Omni-Directional Reflector，简称ODR）的AlInGaP四元系发光二极管，其具体结构包括：导电基板（Si）100，金属反射层110，p型披覆层121，发光层122，n型披覆层123及P电极131和N电极132。其中，全方位反射层包含一低折射率介电层112和低折射率介电层下方的高反射率的金属反射层111。
在此LED结构中，由发光层向下发出的光部分经由低折射率介电层（SiOx）全反射回去，部分光线经由高反射率的金属反射层反射回去，增加出光效率。
下面各实施例公开了一种发光二极管芯片，其采用嵌入式金属反射层，可以增进电流密度均匀散布，降低发光二极管操作电压，增加光萃取率。
实施例1
请参看图2，本实施例ODR结构中金属反射层至少部分嵌入发光外延层，且与发光外延层之间存有空气间隙，空隙部分填充有一低折射率介电层作为透光层，从而形成较好的全方位反射镜面，嵌入式金属反射层所具有的触角状部分与发光外延层直接接触，可以增进电流密度均匀散布，降低发光二极管操作电压，增加光萃取率。请参看图2，一种发光二极管芯片，包括：导电基板100，金属反射层111，透光层（低折射率介电层）112，发光外延层120及下电极（P电极）131、上电极（N 电极）132。
具体地，导电基板100可选用Si基板或其它基板，如Al2O3、AlN、PCB或MCPCB等。
ODR结构由透光层（低折射率介电层）112和嵌入式金属反射层111构成，在本实施例中采用SiOx作为透光层。 
发光外延层120包括p型披覆层121、发光层122和n型披覆层123，其中发光层122可为多量子阱结构，在一些变型的实施例中还可包括电流扩展层、欧姆接触层等。
嵌入式金属反射层选用高反射率金属，其嵌入发光外延层的深度小于5μm，优选为大体介于50~150nm之间，触角状图形为棱柱型，并呈网格状分布。
在本实施例中，嵌入式金属反射层所具有的触角状部分与发光外延层直接接触，增加了接触面积，其接触面积大于剩余表面积，从而可以增进电流密度均匀散布，降低发光二极管操作电压。此外，如图2所示的发光二极管芯片部分光线的路径，发光外延层发出的一部分光线经过p型披覆层121与透光层
在低折射率介电层112（nSiO2≈1.4）与p型披覆层121的界面处，会因p型披覆层121与低折射率介电层112的折射率差，产生全反射，从而发挥ODR的作用；发光外延层发出的还有一部分光线，会先经过嵌入式金属反射层的反射，然后经过p型披覆层121与低折射率介电层112的界面处，再通过嵌入式金属反射层的反射，从而获得更佳的ODR效果，增加光萃取率。
图2所示的LED结构为垂直结构，此仅为本发明的一种优选实施方式，同样可适用于水平结构LED。
实施例2
请参看图3，与实施例1不同的是，本实施例ODR结构中金属反射层至少部分嵌入发光外延层，且与发光外延层之间存有空气间隙，且空隙部分不填充任何物质。而导电基板100，金属反射层110，发光外延层120及P、N电极131、132。关于基板100、发光外延层120及电极131、132的材料同实施例1的选择即可。
本实施例在ODR中加入空气结构，从而进一步降低折射率，增加了p型披覆层121与空气结构113（nair=1）的折射率差，达到增加亮度的效果。
实施例3
请参看图4，与实施例1不同的是，本实施例ODR结构中的金属反射层，其触角状图形为棱台型，并呈网格状分布；此外，还在金属反射层110与p型披覆层121之间增设GaP窗口层。而导电基板100，金属反射层110，发光外延层120及P、N电极131、132。关于基板100、发光外延层120及电极131、132的材料同实施例1的选择即可。
本实施例利用GaP窗口层120与透光层112的折射率差，当光由GaP窗口层120入射至透光层112，较易产生全反射，可增加正向出光萃取率，而且棱台型金属反射层其嵌入GaP窗口层的深度大体为50~150nm之间，与棱柱型金属反射层相比，其更进一步增加了与GaP窗口层的接触面积，从而可以增进电流密度的均匀散布，降低发光二极管操作电压。
实施例4
请参看图5，与实施例2不同的是，本实施例ODR结构中的金属反射层，其触角状图形为倒角锥型与棱台型组合，触角状图形的比例和分布可以根据需要加以调整，比如在电极正下方设置棱台型触角，其它位置分布有倒角锥型，可以用于改善发光二极管的均匀性和取光效率。此外，由于棱台型触角的侧壁具有一定的倾斜角，更有利于取光。
实施例5
请参看图6，与实施例2不同的是，本实施例发光二极管芯片的基板选用PCB，金属反射层与基板之间还设有键合层。键合层的材质可根据依基板需要而定。选择合适的键合层与ODR结构配合，将有助于更进一步提升取光效率。所述发光二极管芯片可应用于各种显示系统、照明系统、汽车尾灯等领域。

Claims (10)

1.一种发光二极管芯片，包括：下电极；基板，位于所述下电极之上；嵌入式金属反射层，位于所述基板之上，由平面状金属反射层和触角状金属反射层构成；发光外延层，位于所述金属反射层之上，其至少包含n型半导体层、发光层和p型半导体层；以及上电极，位于所述发光外延层之上，其特征在于：金属反射层至少部分嵌入发光外延层，且与发光外延层之间存有空气间隙。
2.一种发光二极管芯片，包括：下电极；基板，位于所述下电极之上；嵌入式金属反射层，位于所述基板之上，由平面状金属反射层和触角状金属反射层构成；窗口层，位于所述金属反射层之上；发光外延层，位于所述窗口层之上，其至少包含n型半导体层、发光层和p型半导体层；以及上电极，位于所述发光外延层之上，其特征在于：金属反射层至少部分嵌入窗口层，且与窗口层之间存有空气间隙。
3.根据权利要求1或2所述的发光二极管芯片，其特征在于：所述嵌入式金属反射层用于增进电流密度均匀散布，降低发光二极管操作电压，增加光萃取率。
4.根据权利要求1或2所述的发光二极管芯片，其特征在于：所述空气间隙的部分填充有透光层。
5.根据权利要求1或2所述的发光二极管芯片，其特征在于：所述触角状金属反射层的图形为棱柱型、圆柱型、半球型、椭球型、锲型、倒角锥型、棱台型或前述的组合之一。
6.根据权利要求1或2所述的发光二极管芯片，其特征在于：所述金属反射层嵌入的深度小于5μm。
7.根据权利要求1或2所述的发光二极管芯片，其特征在于：所述金属反射层嵌入的接触面积大于剩余表面积。
8.根据权利要求1或2所述的发光二极管芯片，其特征在于：所述基板为Si基板、Al2O3基板、AlN基板、PCB基板、MCPCB基板或前述的组合之一。
9.根据权利要求1或2所述的发光二极管芯片，其特征在于：所述金属反射层与基板之间还设有一键合层。
10.一种照明系统或显示系统，其特征在于：其包含一系列前述权利要求1~9所述的任意一种发光二极管芯片。
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