CN207705238U - 一种高压发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高压发光二极管，包括：一衬底；以及设置于所述衬底上的若干个LED芯片单元，所述LED芯片单元包括若干个通过隔离槽区域分隔的子芯片，子芯片通过导电连线电性连接，所述子芯片包括衬底以及依次位于衬底上的N型半导体层、发光层、P型半导体层，所述N型半导体层为台阶状设置，N型半导体层包括第一台面及第二台面，第一台面的高度低于第二台面的高度，所述发光层、P型半导体层位于第二台面上，所述N型半导体层的第一台面上设有与N型半导体层电性连接的N电极，P型半导体层上设有与P型半导体层电性连接的P电极，其特征在于：于所述隔离槽区域设有反射柱，所述反射柱顶部的水平高度低于或等于所述发光层底部的水平高度。
Description
技术领域
本实用新型属于发光二极管芯片领域，具体涉及一种高压发光二极管。
背景技术
由于发光二极管具有寿命长、体积小、高耐震性、发热度小以及耗电量低等优点，发光二极管已被广泛地应用于家电产品以及各式仪器之指示灯或光源。传统LED芯片是在大电流低电压下工作，高压芯片（HV LED）则是在小电流高电压下工作。近年来，LED照明灯具设计更倾向于简便化和轻薄化，而高压芯片以其灵活性，多样性及其低成本性等优势逐渐为市场所看好。与传统低压LED芯片相比，高压LED芯片具有封装成本低、暖白光效高、驱动电源效率高，线路损耗低等优势。鉴于此，有必要寻求一种优化的高压发光二极管。
在已知技术中，以蓝宝石作为生长衬底的GaN高压LED（HV or Multi-junctionGaN LED）为例，不同子芯粒之间会用隔离槽进行分隔，而隔离槽通常采用SiO2进行绝缘保护，再在上面沉积连接子芯粒的桥接金属，通常采用Au电极，而SiO2和Au的反射率都较低，这就导致发光层MQW发光层发出来的光到达隔离槽处，会有很大一部分直接被吸收或者通过多次折射、反射最终大部分被途经材料层所吸收，如图1和2所示。
发明内容
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种发光二极管结构。该发光二极管包括：一衬底；以及设置于所述衬底上的若干个LED芯片单元，所述LED芯片单元包括若干个通过隔离槽区域分隔的子芯片，子芯片通过导电连线电性连接，所述子芯片包括衬底以及依次位于衬底上的N型半导体层、发光层、P型半导体层，所述N型半导体层为台阶状设置，N型半导体层包括第一台面及第二台面，第一台面的高度低于第二台面的高度，所述发光层、P型半导体层位于第二台面上，所述N型半导体层的第一台面上设有与N型半导体层电性连接的N电极，P型半导体层上设有与P型半导体层电性连接的P电极，其特征在于：于所述隔离槽区域设有反射柱，所述反射柱顶部的水平高度低于或等于所述发光层底部的水平高度。
在本实用新型的一些实施例中，所述反射柱部分填充或者完全填充所述隔离槽区域。
在本实用新型的一些实施例中，所述反射柱为分布布拉格反射层（DBR）。
在本实用新型的一些实施例中，所述分布布拉格反射层由交替的高折射率和低折射率材料层组成，所述高折射率层材料选自TiO或者TiO2或者Ti3O5或者Ti2O3或者Ta2O5或者ZrO2的一种或其组合，所述低折射率层材料选自MgF或者SiO2或者SiN或者Al2O3的一种或其组合。
在本实用新型的一些实施例中，所述反射柱为金属反射层。
在本实用新型的一些实施例中，所述金属反射层选用Al或者Pt或者Ag或者Rh的一种或其组合。
在本实用新型的一些实施例中，所述反射柱为全方向反射镜结构。
在本实用新型的一些实施例中，所述反射柱为金属反射层与介质层组合结构。
在本实用新型的一些实施例中，所述介质层为绝缘介质层或者导电介质层。
在本实用新型的一些实施例中，所述反射柱用于反射发光层发出的光线，增强光萃取。
在本实用新型的一些实施例中，所述反射柱用于电隔离所述若干个子芯片。
在本实用新型的一些实施例中，所述反射柱位于所述导电连线的下方或者位于所导电连线的上方。
在本实用新型的一些实施例中，所述导电连线包括透明导电层或金属反射层。
在本实用新型的一些实施例中，所述隔离槽呈矩形槽或者V型槽或者U型槽或者倒梯形槽。
在本实用新型的一些实施例中，所述生长衬底为Al2O3或者SiC或者Si中的一种或其组合。
在本实用新型的一些实施例中，在所述生长衬底上形成u型半导体层。
在本实用新型的一些实施例中，在所述P型半导体层表面之上形成电流阻挡层。
在本实用新型的一些实施例中，所述电流阻挡层为SiO2或者SiN或者Al2O3的一种或其组合。
在本实用新型的一些实施例中，在所述P型半导体层表面或者电流阻挡层之上形成透明导电层。
在本实用新型的一些实施例中，所述透明导电层为氧化铟锡（ITO）或氧化锌（ZnO）或氧化镉锡（CTO）或氧化铟（InO）或铟（In）掺杂氧化锌（ZnO）或铝（Al）掺杂氧化锌（ZnO）或镓（Ga）掺杂氧化锌（ZnO）中的一种或其组合。
在本实用新型的一些实施例中，在所述P型半导体层表面或者所述N型半导体层表面或者所述透明导电层之上形成绝缘保护层。
在本实用新型的一些实施例中，所述绝缘保护层为SiO2或者SiN或者Al2O3的一种或其组合。
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为现有技术的高压发光二极管结构的俯视图。
图2为现有技术的的高压发光二极管结构的剖面图。
图3为本实施例1的高压发光二极管结构的俯视图。
图4为本实施例1的高压发光二极管结构的剖面图。
图5为本实施例1与现有技术的高压发光二极管结构的光路对比示意简图。
图6为本实施例2的高压发光二极管结构的俯视图。
图7为本实施例2的高压发光二极管结构的剖面图。
图8为本实施例3的高压发光二极管结构的俯视图。
图9为本实施例3的高压发光二极管结构的剖面图。
图10为本实施例4的高压发光二极管结构的俯视图。
图11为本实施例4的高压发光二极管结构的剖面图。
图中各标号表示：100：生长衬底；200：发光外延层；201：u型半导体层；202：N型半导体层；203：发光层；204：P型半导体层；300：反射柱；400：电流阻挡层；401：第一电流阻挡层；402：第二电流阻挡层；500：透明导电层；600：电极；700：绝缘保护层；800：导电连线。
具体实施方式
为了能进一步地了解本实用新型，将在下列的描述中提出详尽的步骤及其组成，另外，众所周知的组成或步骤并未描述于细节中，以避免造成本实用新型不必要之限制。本实用新型的较佳实施例会详细描述如下，然而除了这些详细描述之外，本实用新型还可以广泛地施行在其它的实施例中，且本实用新型的范围不受限定，以专利权利要求范围为准。
实施例1
请参考图3和图4，其分别为实施例1的发光二极管结构的俯视图和剖面图。发光二极管结构包括：一衬底100；以及设置于所述衬底上的若干个LED芯片单元，所述LED芯片单元包括若干个通过隔离槽区域分隔的子芯片，子芯片通过导电连线800电性连接，所述子芯片包括衬底以及依次位于衬底上的N型半导体层202、发光层203、P型半导体层204，所述N型半导体层为台阶状（MESA）设置，N型半导体层包括第一台面及第二台面，第一台面的高度低于第二台面的高度，所述发光层、P型半导体层位于第二台面上，所述N型半导体层的第一台面上设有与N型半导体层电性连接的N电极500，P型半导体层上设有与P型半导体层电性连接的P电极500，于所述隔离槽区域设有反射柱300，所述反射柱顶部的水平高度低于或等于所述发光层底部的水平高度。
具体来说，所述子芯片包括：生长衬底（Substrate）100；u型半导体层201，位于所述生长衬底100之上；N型半导体层202，位于所述u型半导体层201表面之上；发光层203，位于所述N型半导体层表面之上；P型半导体层204，位于所述发光层表面之上；电流阻挡层（CB）400，位于所述P型半导体层204部分表面上，还有一部分电流阻挡层（CB）400位于隔离槽区域，作为电隔离相邻的子芯片之用；透明导电层（TCL）500，包裹所述电流阻挡层（CB）400，作为电流扩展层之用，还有一部分透明导电层（TCL）500位于隔离槽区域，电连接相邻的子芯片，作为导电连线800（500）之用；P型金属电极600，位于所述部分透明导电层500表面之上；N型金属电极600，位于所述N型半导体层的第一台面上；绝缘保护层700，包裹上述结构，仅露出P、N型金属电极600。需要说明的是，所述导电连线800除了选用透明导电层，也可以选用金属反射层，作为倒装式高压或交流发光二极管的桥接之用。
进一步地，所述生长衬底100选用Al2O3、SiC、Si中的一种或其组合，本实施例中优选为Al2O3作为生长衬底（Sapphire Substrate）；所述u型半导体层201、N型半导体层202、发光层203和P型半导体层204构成发光外延层200，其中，u型半导体层201为u-GaN层（非故意掺杂氮化镓）结构，N型半导体层202为N-GaN层（N型氮化镓）结构，发光层203为氮化铝镓（AlGaN）多量子阱（MQW）有源层，P型半导体层204为P-GaN层（P型氮化镓）结构。
再进一步地，所述反射柱300部分填充或者完全填充所述隔离槽区域（ISO），本实施例优选部分填充隔离槽区域，反射柱300可以选用分布布拉格反射层（DBR），或者金属反射层（Mirror），或者全方向反射镜结构（ODR），或者金属反射层与介质层组合结构（介质层为绝缘介质层或者导电介质层），本实施例优选分布布拉格反射层作为反射柱，且采用干法蚀刻结合湿法蚀刻制作，分布布拉格反射层由交替的高折射率和低折射率材料层堆叠组成，所述高折射率层材料选自TiO或者TiO2或者Ti3O5或者Ti2O3或者Ta2O5或者ZrO2的一种或其组合，所述低折射率层材料选自MgF或者SiO2或者SiN或者Al2O3的一种或其组合，堆叠的对数可以是5~20对，只要保证反射柱的总厚度不超过MQW的位置即可。需要说明的是，所述DBR反射柱300用于反射MQW发光层发出的光线，增强光萃取。当所述DBR反射柱完全填充隔离槽区域（ISO），则反射柱还具有电隔离所述若干个子芯片的作用，即可取代位于隔离槽区域上的电流阻挡层（CB）。
更进一步地，所述电流阻挡层400选用SiO2或者SiN或者Al2O3的一种或其组合，本实施例中优选为SiO2作为电流阻挡层，厚度介于200~500nm；所述透明导电层500选用氧化铟锡（ITO）或氧化锌（ZnO）或氧化镉锡（CTO）或氧化铟（InO）或铟（In）掺杂氧化锌（ZnO）或铝（Al）掺杂氧化锌（ZnO）或镓（Ga）掺杂氧化锌（ZnO）中的一种或其组合，本实施例中优选为氧化铟锡（ITO）作为透明导电层；所述隔离槽呈矩形槽或者V型槽或者U型槽或者倒梯形槽，本实施例优选矩形槽。
请参考图5，在现有技术的高压发光二极管结构中，从发光层（量子阱）侧面发出的光，到达隔离槽处会有很大一部分通过透射及背面反射部分而被外延层吸收，只有极少部分会反射到正面，从而影响了发光效率的有效萃取。而本实施例的发光二极管结构，通过在隔离槽区域增设反射柱，藉由反射柱顶部的水平高度低于或等于所述发光层底部的水平高度，使得发光层（量子阱）达到隔离槽的光大部分被反射回正面出光，有效地降低发光层侧向的光取出被途经材料层所吸收的机率，从而增强光萃取，提高取光效率。
需要知晓的是，发光二极管结构中的各层材料的选择为本领域技术人员的已知技术，可以根据需要灵活选择。本领域技术人员还可以根据需要加入以下可选步骤以进一步改善LED结构的发光效果：形成缓冲层（Buffer）、形成电子阻挡层（EBL）等等。高压发光二极管，其可以是正装式，也可以是倒装式；可以是直流式，也可以是交流式；高压发光二极管的各子芯片，可以是串联，也可以是并联，或者串并联结合。
实施例2
请参考图6和图7，其分别为实施例2的发光二极管结构的俯视图和剖面图。与实施例1不同的是，本实施例的反射柱300选用金属反射层（Mirror），材质可以选用Al或者Pt或者Ag或者Rh的一种或其组合，本实施例优选Al作为反射层。金属反射层的制作方法，采用传统的金属剥离的方式，不同于实施例1需采用干法蚀刻结合湿法蚀刻的方式制作DBR反射层，在金属层的图形制作上更加方便，制作成本较低，同时可减少干法蚀刻在发光二极管芯片制作过程中引入的损伤。此外，本实施例的电流阻挡层400为多层叠层结构，包括第一电流阻挡层401与第二电流阻挡层402，用于完全将Al金属反射层完全包裹其中，提高发光二极管结构的可靠性。
实施例3
请参考图8和图9，其分别为实施例3的发光二极管结构的俯视图和剖面图。与实施例1不同的是，本实施例的反射柱300选用金属反射层与介质层组合结构，介质层可以为绝缘介质层或者导电介质层，绝缘介质层选用低折射率材料材料，如SiO2或者MgF或者Al2O3，导电介质层选用氧化铟锡（ITO）或氧化锌（ZnO）或氧化镉锡（CTO）或氧化铟（InO）或铟（In）掺杂氧化锌（ZnO）或铝（Al）掺杂氧化锌（ZnO）或镓（Ga）掺杂氧化锌（ZnO），本实施例优选ITO/SiO2/Ag组成的方向反射镜结构（ODR）。此外，本实施例的导电连线800选用金属反射层，比如Ag或Al高反射膜。本实施例隔离槽无导线连接区域采用ODR结构反射镜，而隔离槽导线连接区域采用ODR结合金属高反射率膜，可进一步提升隔离槽处光线的提取，增强发光二极管的出光效率。
实施例4
请参考图10和图11，其分别为实施例4的发光二极管结构的俯视图和剖面图。与实施例2相同的是，本实施例的反射柱300同样选用金属反射层（Mirror），材质可以选用Al或者Pt 或者Ag或者Rh的一种或其组合，本实施例优选Al作为反射层。与实施例2不同的是，本实施例的反射柱300位于隔离槽导电连线的上方（导电连线于图10示出，图11未示出），电流阻挡层400可以选择单层CB结构。本实施例相比于实施例1和实施例2，金属反射层上方仅有绝缘保护层700，发光层203从侧面出射的光到达金属反射层的路径更短，更有利于光线的提取，从而增强光萃取效率。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，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，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (12)
1.一种高压发光二极管，包括：一衬底；以及设置于所述衬底上的若干个LED芯片单元，所述LED芯片单元包括若干个通过隔离槽区域分隔的子芯片，子芯片通过导电连线电性连接，所述子芯片包括衬底以及依次位于衬底上的N型半导体层、发光层、P型半导体层，所述N型半导体层为台阶状设置，N型半导体层包括第一台面及第二台面，第一台面的高度低于第二台面的高度，所述发光层、P型半导体层位于第二台面上，所述N型半导体层的第一台面上设有与N型半导体层电性连接的N电极，P型半导体层上设有与P型半导体层电性连接的P电极，其特征在于：于所述隔离槽区域设有反射柱，所述反射柱顶部的水平高度低于或等于所述发光层底部的水平高度。
2.根据权利要求1所述的一种高压发光二极管，其特征在于：所述反射柱部分填充或者完全填充所述隔离槽区域。
3.根据权利要求1所述的一种高压发光二极管，其特征在于：所述反射柱为分布布拉格反射层。
4.根据权利要求1所述的一种高压发光二极管，其特征在于：所述反射柱为金属反射层。
5.根据权利要求1所述的一种高压发光二极管，其特征在于：所述反射柱为全方向反射镜结构。
6.根据权利要求1所述的一种高压发光二极管，其特征在于：所述反射柱为金属反射层与介质层组合结构。
7.根据权利要求6所述的一种高压发光二极管，其特征在于：所述介质层为绝缘介质层或者导电介质层。
8.根据权利要求1所述的一种高压发光二极管，其特征在于：所述反射柱用于反射发光层发出的光线，增强光萃取。
9.根据权利要求1所述的一种高压发光二极管，其特征在于：所述反射柱用于电隔离所述若干个子芯片。
10.根据权利要求1所述的一种高压发光二极管，其特征在于：所述反射柱位于所述导电连线的下方或者位于所导电连线的上方。
11.根据权利要求1所述的一种高压发光二极管，其特征在于：所述导电连线包括透明导电层或金属反射层。
12.根据权利要求1所述的一种高压发光二极管，其特征在于：所述隔离槽呈矩形槽或者V型槽或者U型槽或者倒梯形槽。
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