CN207947303U - 发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种发光二极管，包括：发光外延叠层和全方位反射系统，其中所述发光外延叠层具有相对的第一表面和第二表面，包含n型半导体层、发光层和p型半导体层；所述全方位反射系统形成于所述发光外延叠层的第二表面上，其特征在于，所述全方位反射系统包含：透光性介电层，位于所述发光外延叠层的第二表面上，其内部具有导电通孔，其至少包含第一层和第二层，其中第一层临近所述发光外延叠层，第二层远离所述发光外延叠层，其中所述第二层为薄层结构，其厚度为第一层的厚度的1/10以下，作为所述第一层的粘附层；透明导电粘附层，位于所述透光性介电层的第二子层的表面上；金属反射层，位于所述第二透明粘附层之远离所述第一透明粘附层的一侧表面上。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体光电领域，具体涉及一种发光二极管结构。
背景技术
近几年，发光二极管（light emitting diode, 简称LED）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。以AlGaInP材料作为发光层的LED具有较高的内量子效率。对于传统设计的LED来说，有很多因素限制它的外量子效率：内部的全反射、金属电极的阻挡、GaAs等半导体材料对光的吸收。这些LED生长在吸光衬底上，而最终有很大一部分光被衬底吸收。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。
实用新型内容
本实用新型提供了一种发光二极管，其有效提高了发光二极管的外部取光效率。
本实用新型的技术方案为：发光二极管，包括：发光外延叠层和全方位反射系统，其中所述发光外延叠层具有相对的第一表面和第二表面，包含n型半导体层、发光层和p型半导体层；所述全方位反射系统形成于所述发光外延叠层的第二表面上，其特征在于，所述全方位反射系统包含：透光性介电层，位于所述发光外延叠层的第二表面上，其内部具有导电通孔，其至少包含第一层和第二层，其中第一层临近所述发光外延叠层，第二层远离所述发光外延叠层，其中所述第二层为薄层结构，其厚度为第一层的厚度的1/10以下，作为所述第一层的粘附层；透明导电粘附层，位于所述透光性介电层的第二子层的表面上；金属反射层，位于所述透明导电粘附层之远离所述透光性介电层的一侧表面上。
优选地，所述第一层为多个子层构成，所述第二层的厚度为所述第一层的任意一子层厚度的1/5以下。
优选地，所述第一层的厚度为渐进式分布，其中靠近所述发光外延叠层的厚度最大，并呈递减分布。
优选地，所述第一层的厚度为50nm以上。
优选地，所述第二层的厚度为20nm以下。
优选地，所述透明导电粘附的厚度为10nm以下。
优选地，所述第一层为氟化镁层，第二层为氧化硅层，所述透明导电粘附层为ITO层，所述金属反射层为银反射层。
优选地，所述导电通孔内填充有金属欧姆接触层，其远离所述外延叠层一侧的表面与所述透明介电层的表面齐平。
优选地，所述发光二极管还包括一防扩散保护层，其包裹所述金属反射层之远离所述发光外延叠层的一侧表面和侧壁。
优选地，所述防扩散保护层与所述金属反射层无间隙连接。
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为本实用新型第一个较佳实施例之发光二极管的结构示意图。
图2为本实用新型第二个较佳实施例之发光二极管的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的发光二极管结构进行详细的描述，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。
为达到进一步发光二极管的发光效率，常在反射金属层与外延叠层之间加入一低折射率的透光材料层，从而构成全方位反射镜，此时有源层向下发出的光部分经由透光材料层全反射回去，部分光经由高反射金属镜面层全反射回去，增加出光效率。下面的实施例公开了一种具有全方位反射镜的发光二极管结构，其中透光材料层的折射率优选为1.5以下，并在透光材料层与金属反射层之间设置透明粘附层。
图1显示了本实用新型一个较佳实施例之发光二极管的结构示意图。该发光二极管从上至少包括：发光外延叠层310，镜面系统320、保护层340、上键合层361、下键合层362和导电基板370。其中发光外延叠层310一般包括n型半导体层、有源层和p型半导体层，可以为n面出光，也可以是p面出光，当n面出光时镜面系统320设置在p型半导体一侧，当p面出光时镜面系统设置在n型半导体层一侧，镜面系统320依次包括：透光性介电层321、第一透明性粘附层323、第二透明粘附层325和金属反射层326。
具体的，透光性介电层321选用低折射率材料，其折射率优选为1.5以下，更佳的为1.4以下，厚度为50nm以上，例如可以为50~500nm。该透光性介电层321的内部形成一系列贯彻该透光性介电层321的通孔322，第一透明粘附层323形成在透光性介电层321的表面上，并覆盖该通孔322的侧壁322a，对透光性介电层321形成包覆状；该第一透明粘附层323优选为绝缘材料，其厚度优选为透光性介电层厚度的1/10以下，例如可以为20nm以下；在孔通322中填充金属材料作为金属欧姆接触层324；第二透明粘附层325形成在第一透明粘附层323上，该透明粘附层325优选导电材料，与金属欧姆接触层324接触，其厚度优选为10nm以下；金属反射层326形成在第二透明粘附层325的表面上，其面积小于发光外延叠层的面积。保护层340形成在金属反射层326的下表面，并包覆其该金属反射层的侧面，其主要用于阻挡反射层金属的扩散，其可以为单层或多层结构，上键合层361和下键合层362用于将发光外延叠层粘结至导电基板370上，可以是Au-Au键合、Au-In键合等。
在本实施例中，透光性介电层321采用氟化镁，其具有较低的折射率和高的热传导率（折射率n为1.38，热传导系数14~15 W/mk），其厚度为100~150nm；第一透明粘附层323为氧化硅层，其厚度为10~15nm，第二透明粘附层325为溅射型ITO层，其厚度为5~10nm；金属反射层326为银反射层；金属欧姆接触层324可以选用AuZn，其中金属欧姆接触层324的下表面与第一透明粘附层323齐平，保证Ag反射层的平整度以及芯粒打线的可靠性；保护层340为Ti/Pt或Ti/Pt/Au结构；上、下键合层为Ti//Pt/Au。
在上述发光二极管结构中，采用MgF2和Ag镜作为ODR体系，金属作为欧姆接触层，实现了LOP的大幅度提升。由于MgF2的粘附性较差，因此增加SiO2薄层作为第一粘附层，而Ag反射层与SiO2之间的粘附性不佳，采用S-ITO作为粘附层，即SiO2和S-ITO在此结构中作为MgF2和Ag的黏附层，
作为一个变形，透光性介电层321也可以为多层结构，由氟化镁层和氧化钛层交替堆叠而成，此时作为第一透明粘附层的二氧化硅层323的厚度一般控制在任一子层的厚度的1/5以下。在一个较佳实施例中，该透光层的厚度为渐进式分布，其中靠近外延叠层的厚度最大，并呈递减分布，如：第一氟化镁层的厚度为590nm，第二氟化镁层的厚度为第一氟化镁层的0.25-0.6倍，以此类推；同理，第一氧化钛层的厚度为92nm，第一氧化钛层的厚度为第一氧化钛层的之0.25-0.6倍，多层膜总厚度在1微米以下为佳。
图2显示了本实用新型的另一个较佳实施例之发光二极管的结构示意图。该发光二极管从上至少包括：发光外延叠层410，镜面系统420、保护层440、上键合层461、下键合层462和导电基板470。其中镜面系统420依次包括：透光性介电层421、透明导电粘附层425和金属反射层426。
其中，透光性介电层421设置在发光外延叠层410的非出光面上，其内部具有一系列贯穿该介电层的通孔422，其内部填充导电金属，作为金属欧姆接触与发光外延叠层接触。透光性介电层为多层结构，其中靠近发光外延叠层一侧由一系列第一子层421a和第二子层421b交替构成，并最后形成薄层结构第三子层421c，在每对第一子层和第二子层对中，第一子层的厚度优先大于第二子层的厚度，该第三子层421c的厚度为整个透光性介电层的总厚度的1/10以下，主要作为粘附层。在本实施例中，第一子层421a和第二子层421b优选采用氟化镁层和氧化钛层交替堆叠而成，第三子层421c采用二氧化硅，其中第一子层和第二子层的厚度可以是固定的，也固定是渐变的，第三子层的厚度优选为20nm以下，例如取10nm。例如在一个具体的实例中，第一子层和第二子层的厚度为渐进式分布，其中靠近外延叠层的厚度最大，并呈递减分布，如：第一氟化镁层的厚度为590nm，第二氟化镁层的厚度为第一氟化镁层的0.25-0.6倍，以此类推；同理，第一氧化钛层的厚度为92nm，第二氧化钛层的厚度为第一氧化钛层的之0.25-0.6倍，多层膜总厚度在1μm以下为佳。
金属反射层426的侧壁与发光外延叠层410的表面的夹角优选为90°以下，优选为45~85°，如此可保证防扩散保护层440与金属反射层426之间无间隙连接，不会形成空隙或裂缝，可有效的提升产品品质及可靠性。
惟以上所述者，仅为本实用新型之较佳实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施之范围，即大凡依本实用新型申请专利范围及专利说明书内容所作之简单的等效变化与修饰，皆仍属本实用新型专利涵盖之范围内。
Claims (10)
1.发光二极管，包括：发光外延叠层和全方位反射系统，其中所述发光外延叠层具有相对的第一表面和第二表面，包含n型半导体层、发光层和p型半导体层；所述全方位反射系统形成于所述发光外延叠层的第二表面上，其特征在于，所述全方位反射系统包含：
透光性介电层，位于所述发光外延叠层的第二表面上，其内部具有导电通孔，其至少包含第一层和第二层，其中第一层临近所述发光外延叠层，第二层远离所述发光外延叠层，其中所述第二层为薄层结构，其厚度为第一层的厚度的1/10以下，作为所述第一层的粘附层；
透明导电粘附层，位于所述透光性介电层的第二子层的表面上；
金属反射层，位于所述透明导电粘附层之远离所述透光性介电层的一侧表面上。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第一层为多个子层构成，所述第二层的厚度为所述第一层的任意一子层厚度的1/5以下。
3.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于：所述第一层的厚度为渐进式分布，其中靠近所述发光外延叠层的厚度最大，并呈递减分布。
4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第一层的厚度为50nm以上。
5.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第二层的厚度为20nm以下。
6.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述透明导电粘附的厚度为10nm以下。
7.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第一层为氟化镁层，第二层为氧化硅层，所述透明导电粘附层为ITO层，所述金属反射层为银反射层。
8.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述导电通孔内填充有金属欧姆接触层，其远离所述外延叠层一侧的表面与所述透明介电层的表面齐平。
9.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：还包括一防扩散保护层，其包裹所述金属反射层之远离所述发光外延叠层的一侧表面和侧壁。
10.根据权利要求9所述的发光二极管，其特征在于：所述防扩散保护层与所述金属反射层无间隙连接。
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