CN204497268U - 一种发光二极管结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种发光二极管结构，通过在基板中设置类三角型微空穴结构，从而利用基板与空穴的折射率差异，改变全反射临界角，减少发生全反射现象，有效提升发光层发出的光线向外发射，以达到提升发光二极管的光萃取效率；相对于常规的球型空腔，有效地增加了空穴结构体积，增加反射光线比例；搭配在基板之下设置反射层，进一步增加光线在芯片侧壁的萃取几率。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体技术领域，尤其是一种可以增加出光面积、提高光萃取效率的发光二极管结构。
背景技术
发光二极管（英文为Light Emitting Diode，简称LED）是半导体二极管的一种，可将电能转化为光能，发出黄、绿、蓝等各种颜色的可见光及红外和紫外不可见光。
如图1所示，在常规的氮化镓基发光二极管结构中，包括基板100，由下往上堆叠的N型层101、量子阱层102、P型层103、电流扩展层104、P电极105以及设置在裸露的N型层101表面上的N电极106。由于基板100的表面为光滑平面，且基板100的折射率与外部环境的折射率不同，因此量子阱层102所发出的光线A由基板进入外部环境时，容易发生全反射（英文为Total Internal Reflection，简称TIR），不利于光导出，造成LED结构的光取出效率降低。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是改进现有技术的上述局限，以进一步降低全反射发生几率，提高发光二极管芯片的出光效率和亮度。
本实用新型解决其技术问题采用以下的技术方案：
一种发光二极管结构，从下至上依次包括：基板，位于所述基板上的由第一半导体层、第二半导体层及夹在两层之间的量子阱层组成的发光外延层，以及位于所述第二半导体层上的P电极，其特征在于：所述基板具有类三角型微空穴结构。
优选地，所述类三角型微空穴结构由纵向空穴和横向空穴组成。
优选地，所述纵向空穴的大小为4~6um，所述横向空穴的大小为8~12um。
优选地，所述类三角型微空穴结构的间距为10~15um。
优选地，所述类三角型微空穴结构在基板中分布为垂直于基板的厚度方向。
优选地，所述类三角型微空穴结构在基板中的深度为基板厚度的1/3~2/3之间。
优选地，所述类三角型微空穴结构至少设置1行。
优选地，所述类三角型微空穴结构至少设置2行，且各行类三角型微空穴结构呈交错排列。
优选地，所述基板为蓝宝石基板或Si基板或SiC基板。
优选地，在所述P电极与发光外延层之间形成电流扩展层。
优选地，在所述基板之下形成反射层。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果包括且不局限于：
本实用新型通过在发光二极管的基板中设置类三角型微空穴结构，从而利用基板与空穴的折射率差异，改变全反射临界角，减少发生全反射现象，有效提升发光层发出的光线向外发射，以达到提升发光二极管的光萃取效率；相对于常规的球型空腔，有效地增加了空穴结构体积，增加反射光线比例；搭配在基板之下设置反射层，进一步增加光线在芯片侧壁的萃取几率。
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为常规的氮化镓基发光二极管结构的剖视示意图。
图2为本实用新型实施例1的氮化镓基发光二极管结构的剖视示意图。
图3为本实用新型实施例2的氮化镓基发光二极管结构的剖视示意图。
图4为本实用新型实施例3的氮化镓基发光二极管结构的剖视示意图。
图5为本实用新型实施例4的氮化镓基发光二极管结构的剖视示意图。
图6为本实用新型实施例5的氮化镓基发光二极管结构的剖视示意图。
图中主要元件符号说明：
100，200，300，400，500，600：基板；
101，201，301，401，501，601：N型层；
102，202，302，402，502，602：量子阱层；
103，203，303，403，503，603：P型层；
104，204，304，404，504：电流扩展层；
105，205，305，405，505，605：P电极；
106，206，306，406，506，606：N电极；
207，407：类三角型微空穴结构；
207a，407a：纵向空穴；
207b，407b：横向空穴；
307：反射层。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本实用新型的实施方式，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。
以下将结合附图及实施例来详细说明本实用新型的实施方式，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。
实施例1
如图2所示，一种正装的发光二极管结构，包括基板200、位于所述基板200上的由第一半导体层（N型层）201、第二半导体层（P型层）203及夹在两层之间的量子阱层202组成的发光外延层，以及位于P型层203上的电流扩展层204、位于电流扩展层204上的P电极205和位于N型层201上的N电极206，所述基板中设置有类三角型微空穴结构207。
上述发光外延层可以通过采用金属有机化合物化学气相沉淀（英文缩写为MOCVD）在生长基板200上或通过覆晶技术粘结在散热性基板200上。基板200可选用蓝宝石基板或Si基板或SiC基板，在本实施例优选蓝宝石，电流扩展层204优选ITO（氧化铟锡化合物）；在所述蓝宝石基板200与N型层201还可以形成现有技术习知的缓冲层以及不掺杂氮化镓层等；在所述P型层203与电流扩展层204还可以形成现有技术常用的SiO2电流阻挡层等。
在本实施例中，所述类三角型微空穴结构207由尺寸大小为4~6um的纵向空穴207a和尺寸大小为8~12um的横向空穴207b组成，相邻的类三角型微空穴结构间距为10~15um，类三角型微空穴结构207在基板200中的分布为垂直于基板的厚度方向，且位于基板200的中部，即类三角型微空穴结构207在基板中的深度为基板厚度的1/2。
在形成类三角型微空穴结构207之后，分别在电流扩展层204和N型层201上制作P电极205和N电极206，从而实现P、N电极与发光外延层进行电性耦合，用于连通外部电源，激发P-N结发光。需要指出的是，类三角型微空穴结构207也可以在形成P、N电极之后通过隐形激光切割获得。
如图2所示的光路示意图，由于通过在基板中设置类三角型微空穴结构，即由纵向空穴和横向空穴组成，于是当发光外延层发出的光线经过类三角型微空穴结构时，由于基板与空穴的折射率差异，改变了全反射临界角，减少了发生全反射现象，光线的反射（如光线B）及穿透（如光线C）的光取出角度加大，从而达到增加侧向取光亮度。相对于常规的球型空腔，类三角型微空穴结构有效地增加了空穴结构体积，增加反射光线比例，有助于提升发光二极管的整体光萃取效率。
实施例2
如图3所示，与实施例1区别在于：本实施例还在基板300之下设置反射层307，所述反射层可以为分布布拉格反射层、金属反射层或全方位反射层，在本实施例优选反射层307为全方位反射层。本实施例通过搭配全方位反射层307，可以增加经反射层反射回的光线在芯片侧壁的萃取几率（如光线D），从而提升整体发光强度。
实施例3
如图4所示，与实施例1区别在于：实施例1所述的类三角型微空穴结构207中纵向空穴207a位于横向空穴207b之上，而本实施例的类三角型微空穴结构407中纵向空穴407a位于横向空穴407b之下。
实施例4
如图5所示，与实施例1区别在于：实施例1所述的类三角型微空穴结构207为1行，且位于基板200的中部，而本实施例的类三角型微空穴结构507设置为2行，且呈交错排列，其中2行类三角型微空穴结构在基板500中的深度分别为基板500厚度的1/3、2/3。从图5可以看出，经第1行类三角型微空穴结构透过的光线C，再次经过交错排列的第2行类三角型微空穴结构时，会产生反射（如光线E）和透射（如光线F），如此使得光线E从芯片的侧壁出射，而光线F从芯片的底面出射，进而提升光取出强度。
实施例5
如图6所示，与实施例1区别在于：实施例1所述的发光二极管为正装结构，且基板为蓝宝石，本实施的发光二极管为垂直结构，且基板600为Si基板，不需要设置电流扩展层。此外，N电极606形成于Si基板的底部。当然，也可以不需额外设置N电极，即采用可导电的Si基板作为N电极。
综上所述，本实用新型的发光二极管结构设计精神在于：通过在基板中设置类三角型微空穴结构，从而利用基板与空穴的折射率差异，改变全反射临界角，减少发生全反射现象，有效提升发光层发出的光线向外发射，以达到提升发光二极管的光萃取效率；相对于常规的球型空腔，有效地增加了空穴结构体积，增加反射光线比例；搭配在基板之下设置反射层，进一步增加光线在芯片侧壁的萃取几率。
很明显地，本实用新型的说明不应理解为仅仅限制在上述实施例，而是包括利用本实用新型构思的所有可能的实施方式。
Claims (10)
1.一种发光二极管结构，从下至上依次包括：基板，位于所述基板上的由第一半导体层、第二半导体层及夹在两层之间的量子阱层组成的发光外延层，以及位于所述第二半导体层上的P电极，其特征在于：所述基板具有类三角型微空穴结构。
2.根据权利要求1所述的一种发光二极管结构，其特征在于：所述类三角型微空穴结构由纵向空穴和横向空穴组成。
3.根据权利要求2所述的一种发光二极管结构，其特征在于：所述纵向空穴的大小为4~6um，所述横向空穴的大小为8~12um。
4.根据权利要求3所述的一种发光二极管结构，其特征在于：所述类三角型微空穴结构的间距为10~15um。
5.根据权利要求1所述的一种发光二极管结构，其特征在于：所述类三角型微空穴结构在基板中分布为垂直于基板的厚度方向。
6.根据权利要求1所述的一种发光二极管结构，其特征在于：所述类三角型微空穴结构在基板中的深度为基板厚度的1/3~2/3之间。
7.根据权利要求1所述的一种发光二极管结构，其特征在于：所述类三角型微空穴结构至少设置1行。
8.根据权利要求1所述的一种发光二极管结构，其特征在于：所述类三角型微空穴结构至少设置2行，且各行类三角型微空穴结构呈交错排列。
9.根据权利要求1所述的一种发光二极管结构，其特征在于：所述基板为蓝宝石基板或Si基板或SiC基板。
10.根据权利要求1所述的一种发光二极管结构，其特征在于：在所述基板之下形成反射层。
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| CN201520198829.7U CN204497268U (zh) | 2015-04-03 | 2015-04-03 | 一种发光二极管结构 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN107731973A (zh) * | 2017-10-30 | 2018-02-23 | 厦门乾照光电股份有限公司 | 一种led芯片及制作方法 |
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2015
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