CN208637452U - 一种高指向性的发光二极管芯片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高指向性的发光二极管芯片，包括n型半导体层、发光层和p型半导体层的发光二极管外延结构、衬底、n型电极、侧面高反射结构；其中：所述衬底与n型半导体层连接，所述n型半导体层与发光层连接，所述发光层与p型半导体层连接，所述n型半导体层上制备有n型电极。本实用新型的优点在于：在发光二极管芯片的侧面沉积高反射结构，该高反射结构为透明介电层和高反射金属层组合结构或者为高反射多层膜结构，通过发光二极管芯片侧面的高反射金属层或高反射多层膜来改变发光二极管中横向的平行于出光面的光线的出光方向，使绝大部分光线从出光面的法线方向射出从而改善发光二极管光的指向性。
Description
技术领域
本实用新型涉及发光二极管生产技术领域，尤其涉及一种高指向性的发光二极管芯片。
背景技术
随着半导体发光技术的不断发展，发光二极管(LED)已被广泛的应用于显示装置和固态照明设备。然而一些应用中(局部照明设备或显示装置)需要作为光源的发光二极管的指向性越高越好。
常规的发光二极管芯片，包括正装结构，倒装结构以及垂直结构，其有源层所发出的光朝向多个方向。发光二极管芯片发出的光一部分从出光面发出，还有一部分的光从发光二极管芯片的侧面发出，对于一些需要光源高度指向性的应用,常规的发光二极管芯片出光角度过大,存在不足。另外，在超高解析度显示装置的应用中，相邻的发光二极管芯片发出的光之间相互交错影响，将严重影响显示效果。在目前热门研究的mini发光二极管以及微型发光二极管(Micro LED)等小尺寸发光二极管芯片，由于侧面的面积占总发光面积比例相对较大，导致其发光的指向性更差。目前增加发光二极管指向性的方式多是通过改变封装方法或封装结构的设计，或者照明装置的设计来达成，比较容易导致生产成本的增加或生产工艺的复杂性。
实用新型内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种高指向性的发光二极管芯片，解决了现有技术中发光二极管芯片出光角度过大，相邻的发光二极管芯片发出的光之间相互交错影响，严重影响显示效果的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种高指向性的发光二极管芯片，包括n 型半导体层、发光层和p型半导体层的发光二极管外延结构、衬底、n型电极、侧面高反射结构；其中：所述衬底与n型半导体层连接，所述n型半导体层与发光层连接，所述发光层与p型半导体层连接，所述n型半导体层上制备有n型电极，所述高反射结构形成于所述n 型半导体层、发光层、p型半导体层、衬底的侧面。
进一步地，所述n型半导体层、发光层和p型半导体层组成的发光二极管外延结构为氮化镓(GaN)基发光二极管外延层。
进一步地，所述高反射结构采用透明介电层与高反射金属层组合结构，其中高反射金属层采用金(Au)、铝(Al)、银(Ag)或其合金之一。
进一步地，所述高反射结构采用透明介电层与高反射金属层组合结构时，在沉积所述高反射金属层之前先沉积一层透明介电层，用于避免所述高反射金属层与所述发光二极管的外延层短路，所述透明介电层材料为氧化硅、氮化硅、氮化镁、氧化钛、氧化锆中的一种。
进一步地，所述高反射结构采用高反射多层膜结构时，则不需要先沉积透明介电层，高反射多层膜为高低折射率交替的介质多层膜，每层膜厚为发光二极管芯片波长的 1/4，对于蓝光发光二极管芯片常采用二氧化硅(SiO2)和二氧化钛(TiO2)交替生长的多层膜作为高反射结构。
进一步地，对于正装结构的发光二极管，在蓝宝石的背面直接沉积高反射金属层或高反射多层膜。
进一步地，对于倒装结构或垂直结构的发光二极管芯片，在p型半导体层上直接沉积高反射金属层。
进一步地，所述高反射结构和反射层的沉积采用电子束蒸发方法实现。
进一步地，所述发光二极管芯片的侧面在沉积高反射结构之前通过黄光光罩和干法刻蚀工艺将侧面刻蚀成斜面以方便后续高反射结构的沉积时，发光二极管芯片的出光面面积与发光二极管芯片投影面积的比例要大于等于50％，以保证发光二极管芯片的出光效率。
(三)有益效果
与现有技术相比，本实用新型提供了一种高指向性的发光二极管芯片，具备以下有益效果：在发光二极管芯片的侧面沉积高反射结构，该高反射结构为透明介电层和高反射金属层组合结构或者为高反射多层膜结构，通过发光二极管芯片侧面的高反射金属层或高反射多层膜来改变发光二极管中横向的平行于出光面的光线的出光方向，使绝大部分光线从出光面的法线方向射出从而改善发光二极管光的指向性。
附图说明
图1为本实用新型中实施例一的结构示意图。
图2为本实用新型中实施例二的结构示意图。
图3为本实用新型中实施例三的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例一、如图1所示，一种高指向性的发光二极管芯片，包括在半透明的蓝宝石衬底101上生长的发光二极管外延层，发光二极管外延层包括依次生长的n型GaN半导体层102，InGaN/GaN的多量子阱发光层103和p型GaN半导体层104，在所述的发光二极管外延层上，利用黄光光罩和干法刻蚀工艺从p型GaN半导体层104表面往下刻蚀，使n型 GaN半导体层102部分裸露，利用黄光光罩和电子束蒸发工艺在裸露的n型GaN半导体 102上沉积n型电极105，在p型GaN半导体层104上沉积p型电极106，再利用黄光光罩和干法刻蚀工艺将发光二极管芯片的侧面刻蚀成斜面，采用电子束蒸发工艺在刻蚀后侧面沉积上高反射结构107。
本实施例中，当所述高反射结构107为透明介电层和高反射金属层组合结构时，在沉积高反射金属层之前需要先沉积一层透明介电层SiO2，用于避免高反射金属层与发光二极管的外延层短路，当反射结构107为高反射多层膜结构时则不需要先沉积透明介电层SiO2，最后在减薄后的半透明蓝宝石衬底101背面沉积上高反射结构108。
实施例二、如图2所示，本实施例与实施例一不同之处在于该发光二极管为倒装结构，发光二极管的出光面为蓝宝石衬底201或者n型半导体层202。在制备方法上的差异为在p型GaN半导体一侧需要沉积上一层高反射金属层208，用于将发射到p型电极206侧的光反射出去，最后对半透明蓝宝石衬底201进行减薄并采用回流焊或者共晶焊工艺将制备的倒装结构的高指向性发光二极管芯片倒扣在封装基板上。
实施例三、如图3所示，本实施例与前两个实施例不同之处在于该发光二极管为垂直结构，发光二极管的n型电极305和p型电极306分别分布在发光二极管芯片的两侧，且垂直结构的发光二极管芯片的蓝宝石衬底301需要剥离，出光面为n型半导体层302，
本实例中，在制备方法的差异主要有以下几步：利用黄光光罩和电子束蒸发工艺在p型GaN 半导体一侧沉积上一层高反射结构308，然后利用黄光光罩和干法刻蚀工艺将发光二极管芯片的侧面刻蚀成斜面，利用电子束蒸发工艺在侧面沉积上高反射结构307。当高反射结构 307为透明介电层和高反射金属层组合结构时，在沉积高反射金属层之前需要先沉积一层透明介电层SiO2，用于避免高反射金属层与发光二极管的外延层短路；当反射结构307为高反射多层膜时则不需要先沉积透明介电层SiO2。然后将制备的发光二极管芯片翻转到其他导电导热的衬底上，利用激光剥离技术将半透明蓝宝石衬底301剥离，然后再利用黄光光罩和电子束蒸发工艺在n型GaN上形成n型电极。
上述三个实施例分别对正装结构，倒装结构和垂直结构的发光二极管芯片的侧面进行光刻蚀并沉积上高反射结构，避免了常规发光二极管芯片的侧面出光，侧面发出的光经过侧面和底面的高反射结构的反射最终由出光面同一方向出光，从而提高了发光二极管芯片的光的指向性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种高指向性的发光二极管芯片，包括n型半导体层、发光层和p型半导体层的发光二极管外延结构、衬底、n型电极、侧面高反射结构；其特征在于：所述衬底与n型半导体层连接，所述n型半导体层与发光层连接，所述发光层与p型半导体层连接，所述n型半导体层上制备有n型电极，所述高反射结构形成于所述n型半导体层、发光层、p型半导体层、衬底的侧面。
2.根据权利要求1所述的一种高指向性的发光二极管芯片，其特征在于：所述n型半导体层、发光层和p型半导体层组成的发光二极管外延结构为氮化镓(GaN)基发光二极管外延层。
3.根据权利要求1所述的一种高指向性的发光二极管芯片，其特征在于：所述高反射结构采用透明介电层与高反射金属层组合结构，其中高反射金属层采用金(Au)、铝(Al)、银(Ag)或其合金之一。
4.根据权利要求3所述的一种高指向性的发光二极管芯片，其特征在于：所述透明介电层材料为氧化硅、氮化硅、氮化镁、氧化钛、氧化锆中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种高指向性的发光二极管芯片，其特征在于：所述高反射结构为高反射多层膜，所述高反射多层膜为高低折射率交替的介质多层膜，每层膜厚为发光层波长的1/4。
6.根据权利要求5所述的一种高指向性的发光二极管芯片，其特征在于：所述高反射多层膜采用二氧化硅(SiO2)和二氧化钛(TiO2)交替生长的多层膜作为高反射结构。
7.根据权利要求1所述的一种高指向性的发光二极管芯片，其特征在于：所述高反射结构同时形成于发光二极管芯片的衬底背面即为正装结构，或p型半导体一侧即为倒装结构或垂直结构。
8.根据权利要求1所述的一种高指向性的发光二极管芯片，其特征在于：对于正装结构的发光二极管，在蓝宝石的背面直接沉积高反射金属层或高反射多层膜。
9.根据权利要求1所述的一种高指向性的发光二极管芯片，其特征在于：对于倒装结构或垂直结构的发光二极管芯片，在p型半导体一侧上直接沉积高反射金属层。
10.根据权利要求1所述的一种高指向性的发光二极管芯片，其特征在于：所述发光二极管芯片的侧面通过黄光光罩和干法刻蚀工艺将侧面刻蚀成斜面，发光二极管芯片的出光面面积与发光二极管芯片投影面积的比例要大于等于50％。
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