專利名稱：發(fā)光二極管芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種發(fā)光二極管芯片，更具體地是一種具有崁入式金屬反射層的發(fā)光二極管芯片結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(light emitting diode,簡稱LED)是一種PN接面處于正偏壓情況下將電能轉(zhuǎn)換成光能的半導(dǎo)體二極管。近年來，發(fā)光二極管得到了廣泛的應(yīng)用，在各種顯示系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、汽車尾燈等領(lǐng)域起著越來越重要的作用。典型的垂直型發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)可包括一 η型電極與η型層、一基板、一多重或單一量子阱區(qū)、一 P型層與一 P型電極。加上正偏壓后，量子阱區(qū)產(chǎn)生的光線在經(jīng)過多次全反射后，大部分都被半導(dǎo)體材料或者基板吸收，使得LED內(nèi)部的吸收損失變更大，大幅降低組件的光萃取率。所以對于這種傳統(tǒng)的LED結(jié)構(gòu)而言，即使內(nèi)部的光電轉(zhuǎn)化效率很高，它的外量子效率也不會很高。當(dāng)前有很多種方法來提高LED出光的提取效率，如加厚窗口層、表面粗化、透明襯底、倒金字塔結(jié)構(gòu)等。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供了一種發(fā)光二極管芯片，其可以有效提高器件的取光效率。根據(jù)實用新型的第一個方面，一種發(fā)光二極管芯片，包括:下電極；基板，位于所述下電極之上；嵌入式金屬反射層，位于所述基板之上，由平面狀金屬反射層和觸角狀金屬反射層構(gòu)成；發(fā)光外延層，位于所述金屬反射層之上，其至少包含η型半導(dǎo)體層、發(fā)光層和P型半導(dǎo)體層；以及上電極，位于所述發(fā)光外延層之上，其特征在于:金屬反射層至少部分嵌入發(fā)光外延層，且與發(fā)光外延層之間存有空氣間隙。根據(jù)實用新型的第二個方面，一種發(fā)光二極管芯片，包括:下電極；基板，位于所述下電極之上；嵌入式金屬反射層，位于所述基板之上，由平面狀金屬反射層和觸角狀金屬反射層構(gòu)成；窗口層，位于所述金屬反射層之上；發(fā)光外延層，位于所述窗口層之上，其至少包含η型半導(dǎo)體層、發(fā)光層和P型半導(dǎo)體層；以及上電極，位于所述發(fā)光外延層之上，其特征在于:金屬反射層至少部分嵌入窗口層，且與窗口層之間存有空氣間隙。在一些實施例中，所述嵌入式金屬反射層用于增進電流密度均勻散布，降低發(fā)光二極管操作電壓，增加光萃取率。在一些實施例中，所述空氣間隙的部分，可以填充透光層，即選用低折射率材質(zhì)，如 SiO2 或 Al2O3 或 ITO 等。在一些實施例中，所述觸角狀金屬反射層的圖形為棱柱型、圓柱型、半球型、橢球型、鍥型、倒角錐型、棱臺型等。在一些實施例中，所述金屬反射層嵌入發(fā)光外延層或窗口層的深度小于5 μ m，優(yōu)選為50 150nm。在一些實施例中，所述金屬反射層嵌入發(fā)光外延層或窗口層，其與發(fā)光外延層或窗口層的接觸面積大于剩余表面 積，在此定義剩余表面積為:與嵌入發(fā)光外延層或窗口層的金屬反射層位于同側(cè)，其未嵌入部分的表面積。在一些實施例中，所述基板可以為Si基板、Al2O3基板、AlN基板、PCB基板或MCPCB
基板等。在一些實施例中，所述金屬反射層與基板之間還設(shè)有一鍵合層。前述發(fā)光二極管芯片可應(yīng)用于各種顯示系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、汽車尾燈等領(lǐng)域。本實用新型的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型而了解。本實用新型的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本實用新型的實施例一起用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。圖1為一種現(xiàn)有AlInGaP四元系發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為實施例1之一種發(fā)光二極管芯片的結(jié)構(gòu)剖視圖。圖3為實施例2之一種發(fā)光二極管芯片的結(jié)構(gòu)剖視圖。圖4為實施例3之一種發(fā)光二極管芯片的結(jié)構(gòu)剖視圖。圖5為實施例4之一種發(fā)光二極管芯片的結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖6為實施例5之一種發(fā)光二極管芯片的結(jié)構(gòu)剖視圖。
具體實施方式
下面結(jié)合示意圖對本實用新型的LED器件結(jié)構(gòu)及其制備方法進行詳細的描述，借此對本實用新型如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達成技術(shù)效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本實用新型中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。圖1公開了一種具有全方位反射鏡(Omn1-Directional Ref lector,簡稱0DR)的AlInGaP四兀系發(fā)光二極管,其具體結(jié)構(gòu)包括:導(dǎo)電基板(Si) 100,金屬反射層110, p型披覆層121，發(fā)光層122，η型披覆層123及P電極131和N電極132。其中，全方位反射層包含一低折射率介電層112和低折射率介電層下方的高反射率的金屬反射層111。在此LED結(jié)構(gòu)中，由發(fā)光層向下發(fā)出的光部分經(jīng)由低折射率介電層(SiOx)全反射回去，部分光線經(jīng)由高反射率的金屬反射層反射回去，增加出光效率。下面各實施例公開了一種發(fā)光二極管芯片，其采用嵌入式金屬反射層，可以增進電流密度均勻散布，降低發(fā)光二極管操作電壓，增加光萃取率。實施例1請參看圖2，本實施例ODR結(jié)構(gòu)中金屬反射層至少部分嵌入發(fā)光外延層，且與發(fā)光外延層之間存有空氣間隙，空隙部分填充有一低折射率介電層作為透光層，從而形成較好的全方位反射鏡面，嵌入式金屬反射層所具有的觸角狀部分與發(fā)光外延層直接接觸，可以增進電流密度均勻散布，降低發(fā)光二極管操作電壓，增加光萃取率。請參看圖2，一種發(fā)光二極管芯片，包括:導(dǎo)電基板100,金屬反射層111,透光層(低折射率介電層)112,發(fā)光外延層120及下電極(P電極)131、上電極(N電極)132。具體地，導(dǎo)電基板100可選用Si基板或其它基板，如A1203、A1N、PCB或MCPCB等。ODR結(jié)構(gòu)由透光層(低折射率介電層)112和嵌入式金屬反射層111構(gòu)成,在本實施例中采用SiOx作為透光層。發(fā)光外延層120包括P型披覆層121、發(fā)光層122和η型披覆層123，其中發(fā)光層122可為多量子阱結(jié)構(gòu)，在一些變型的實施例中還可包括電流擴展層、歐姆接觸層等。嵌入式金屬反射層選用高反射率金屬，其嵌入發(fā)光外延層的深度小于5 μ m,優(yōu)選為大體介于5(Tl50nm之間，觸角狀圖形為棱柱型，并呈網(wǎng)格狀分布。在本實施例中，嵌入式金屬反射層所具有的觸角狀部分與發(fā)光外延層直接接觸，增加了接觸面積，其接觸面積大于剩余表面積，從而可以增進電流密度均勻散布，降低發(fā)光二極管操作電壓。此外，如圖2所示的發(fā)光二極管芯片部分光線的路徑，發(fā)光外延層發(fā)出的一部分光線經(jīng)過P型披覆層121與透光層在低折射率介電層112 (nSi02 ^ 1.4)與p型披覆層121的界面處，會因p型披覆層121與低折射率介電層112的折射率差，產(chǎn)生全反射，從而發(fā)揮ODR的作用；發(fā)光外延層發(fā)出的還有一部分光線，會先經(jīng)過嵌入式金屬反射層的反射，然后經(jīng)過P型披覆層121與低折射率介電層112的界 面處，再通過嵌入式金屬反射層的反射，從而獲得更佳的ODR效果，增加光萃取率。圖2所示的LED結(jié)構(gòu)為垂直結(jié)構(gòu)，此僅為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，同樣可適用于水平結(jié)構(gòu)LED。實施例2請參看圖3，與實施例1不同的是，本實施例ODR結(jié)構(gòu)中金屬反射層至少部分嵌入發(fā)光外延層，且與發(fā)光外延層之間存有空氣間隙，且空隙部分不填充任何物質(zhì)。而導(dǎo)電基板100，金屬反射層110，發(fā)光外延層120及P、N電極131、132。關(guān)于基板100、發(fā)光外延層120及電極131、132的材料同實施例1的選擇即可。本實施例在ODR中加入空氣結(jié)構(gòu)，從而進一步降低折射率，增加了 P型披覆層121與空氣結(jié)構(gòu)113 Cnair=D的折射率差，達到增加亮度的效果。實施例3請參看圖4，與實施例1不同的是，本實施例ODR結(jié)構(gòu)中的金屬反射層，其觸角狀圖形為棱臺型，并呈網(wǎng)格狀分布；此外，還在金屬反射層Iio與P型披覆層121之間增設(shè)GaP窗口層。而導(dǎo)電基板100,金屬反射層110,發(fā)光外延層120及P、N電極131、132。關(guān)于基板100、發(fā)光外延層120及電極131、132的材料同實施例1的選擇即可。本實施例利用GaP窗口層120與透光層112的折射率差，當(dāng)光由GaP窗口層120入射至透光層112，較易產(chǎn)生全反射，可增加正向出光萃取率，而且棱臺型金屬反射層其嵌AGaP窗口層的深度大體為5(Tl50nm之間，與棱柱型金屬反射層相比，其更進一步增加了與GaP窗口層的接觸面積，從而可以增進電流密度的均勻散布，降低發(fā)光二極管操作電壓。實施例4請參看圖5，與實施例2不同的是，本實施例ODR結(jié)構(gòu)中的金屬反射層，其觸角狀圖形為倒角錐型與棱臺型組合，觸角狀圖形的比例和分布可以根據(jù)需要加以調(diào)整，比如在電極正下方設(shè)置棱臺型觸角，其它位置分布有倒角錐型，可以用于改善發(fā)光二極管的均勻性和取光效率。此外，由于棱臺型觸角的側(cè)壁具有一定的傾斜角，更有利于取光。實施例5請參看圖6，與實施例2不同的是，本實施例發(fā)光二極管芯片的基板選用PCB，金屬反射層與基板之間還設(shè)有鍵合層。鍵合層的材質(zhì)可根據(jù)依基板需要而定。選擇合適的鍵合層與ODR結(jié)構(gòu)配合，將有助于更進一步提升取光效率。所述發(fā)光二極管芯片可應(yīng)用于各種顯示系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、汽·車尾燈等領(lǐng)域。
權(quán)利要求1.一種發(fā)光二極管芯片，包括:下電極；基板，位于所述下電極之上；嵌入式金屬反射層，位于所述基板之上，由平面狀金屬反射層和觸角狀金屬反射層構(gòu)成；發(fā)光外延層，位于所述金屬反射層之上，其至少包含η型半導(dǎo)體層、發(fā)光層和P型半導(dǎo)體層；以及上電極，位于所述發(fā)光外延層之上，其特征在于:金屬反射層至少部分嵌入發(fā)光外延層，且與發(fā)光外延層之間存有空氣間隙。
2.—種發(fā)光二極管芯片，包括:下電極；基板，位于所述下電極之上；嵌入式金屬反射層，位于所述基板之上，由平面狀金屬反射層和觸角狀金屬反射層構(gòu)成；窗口層，位于所述金屬反射層之上；發(fā)光外延層，位于所述窗口層之上，其至少包含η型半導(dǎo)體層、發(fā)光層和P型半導(dǎo)體層；以及上電極，位于所述發(fā)光外延層之上，其特征在于:金屬反射層至少部分嵌入窗口層，且與窗口層之間存有空氣間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光二極管芯片，其特征在于:所述嵌入式金屬反射層用于增進電流密度 均勻散布，降低發(fā)光二極管操作電壓，增加光萃取率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光二極管芯片，其特征在于:所述空氣間隙的部分填充有透光層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光二極管芯片，其特征在于:所述觸角狀金屬反射層的圖形為棱柱型、圓柱型、半球型、橢球型、鍥型、倒角錐型、棱臺型或前述的組合之一。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光二極管芯片，其特征在于:所述金屬反射層嵌入的深度小于5 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光二極管芯片，其特征在于:所述金屬反射層嵌入的接觸面積大于剩余表面積。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光二極管芯片，其特征在于:所述基板為Si基板、Al2O3基板、AlN基板、PCB基板、MCPCB基板或前述的組合之一。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光二極管芯片，其特征在于:所述金屬反射層與基板之間還設(shè)有一鍵合層。
10.一種照明系統(tǒng)或顯示系統(tǒng)，其特征在于:其包含一系列前述權(quán)利要求1、所述的任意一種發(fā)光二極管芯片。
專利摘要本實用新型公開了一種發(fā)光二極管芯片，其至少包括下電極；基板，位于所述下電極之上；嵌入式金屬反射層，位于所述基板之上，由平面狀金屬反射層和觸角狀金屬反射層構(gòu)成；發(fā)光外延層，位于所述金屬反射層之上，其至少包含n型半導(dǎo)體層、發(fā)光層和p型半導(dǎo)體層；以及上電極，位于所述發(fā)光外延層之上，其特征在于金屬反射層至少部分嵌入發(fā)光外延層，且與發(fā)光外延層之間存有空氣間隙。此結(jié)構(gòu)可以有效提高器件的取光效率。
文檔編號H01L33/10GK203165931SQ20132018895
公開日2013年8月28日 申請日期2013年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月16日
發(fā)明者楊恕帆, 吳俊毅 申請人:天津三安光電有限公司