CN116995174A - 一种发光二极管及发光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种发光二极管及发光装置，其中发光二极管包括衬底、外延结构以及第一反射层。外延结构自衬底的第一表面沿垂直于衬底的方向上依次堆叠第一半导体层、有源层以及第二半导体层，外延结构的侧壁相对垂直于衬底的方向上向外延结构的几何中心倾斜。第一反射层覆盖于外延结构的表面上，第一反射层包括第一部分和第二部分，第一部分覆盖于外延结构的第一台面的部分表面及第二台面的部分表面，第二部分完全覆盖于外延结构的第一侧壁，第一部分的厚度大于第二部分的厚度，第一部分的厚度与第二部分的厚度之比介于1.3～1.56。由此，本发明可以尽可能的减少外延结构侧壁上的第一反射层对外延结构发出光的折射，增加反射光，提高发光二极管亮度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种发光二极管及发光装置。
背景技术
MiNi LED封装主要有三种方式：倒装、正装及垂直。由于倒装技术具有提升发光效率、提升散热性能、提升封装可靠性及良率的优势，倒装技术成为MiNi LED重点发展的封装技术。如何提升产品的亮度和/或可靠性，成为现有倒装结构开发的主要挑战。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种发光二极管及发光装置，以提高半导体外延层侧壁的光反射率及发光二极管的出光效率。
为了实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种发光二极管，包括：
衬底，包括相对设置的第一表面和第二表面；
外延结构，设置于衬底的第一表面，并自衬底的第一表面沿垂直于衬底的方向上依次堆叠第一半导体层、有源层以及第二半导体层，外延结构的侧壁相对于垂直于衬底的方向上向外延结构的几何中心倾斜；外延结构包括第一台面和第二台面，第一台面由第一半导体层、有源层以及第二半导体层构成，且第一台面暴露第二半导体层；第二台面由第一半导体层构成，且暴露第一半导体层；外延结构的侧壁还包括第一侧壁和第二侧壁，所述第一台面的侧壁形成为第一侧壁，第一台面与第二台面相连接的部分形成为第二侧壁；
第一反射层，包括第一部分和第二部分，第一部分覆盖于外延结构的第一台面及第二台面的部分表面，第二部分完全覆盖于外延结构的第一侧壁，第一部分的厚度大于第二部分的厚度，第一部分的厚度与第二部分的厚度之比介于1.3～1.56。
根据本发明的一个方面，本发明还提供一种发光装置，发光装置包括封装基板以及发光二极管。其中，封装基板的表面包括固晶区；发光二极管为上述的发光二极管，且所述发光二极管具有第一反射层的一侧固定于所述封装基板的固晶区内。
与现有技术相比，本发明所述的发光二极管及发光装置至少具备如下有益效果：
本发明中的发光二极管包括衬底、外延结构以及第一反射层。其中，衬底包括相对设置的第一表面和第二表面。外延结构设置于衬底的第一表面，并自衬底的第一表面沿垂直于衬底的方向上依次堆叠第一半导体层、有源层以及第二半导体层，外延结构的侧壁相对于垂直于衬底的方向上向外延结构的几何中心倾斜；外延结构包括第一台面和第二台面，第一台面由第一半导体层、有源层以及第二半导体层构成，且第一台面暴露第二半导体层；第二台面由第一半导体层构成，且暴露第一半导体层；外延结构的侧壁还包括第一侧壁和第二侧壁，所述第一台面的侧壁形成为第一侧壁，第一台面与第二台面相连接的部分形成为第二侧壁。第一反射层包括第一部分和第二部分，第一部分覆盖于外延结构的第一台面及第二台面的部分表面，第二部分完全覆盖于外延结构的第一侧壁，第一部分的厚度大于第二部分的厚度，第一部分的厚度与第二部分的厚度之比介于1.3～1.56。
由此，本发明可以尽可能的减少外延结构侧壁上的第一反射层对外延结构发出光的折射，增加反射光，提高发光二极管亮度。
本发明所述的发光装置包括上述发光二极管，同样具有上述技术效果。
附图说明
图1为本发明实施例1中所述发光二极管的俯视结构示意图；
图2为图1中A-A’处的截面结构示意图；
图3为本发明一实施例中外延结构发出的光经外延结构侧壁上第一反射层后的光路径原理示意图；
图4为本发明实施例2中所述的发光装置的结构示意图。
附图标记列表：
100 衬底
101 第一表面
102 第二表面
103 图形结构
200 外延结构
201 第一半导体层
202 有源层
203 第二半导体层
210 第一台面
220 第二台面
240 第一侧壁
250 第二侧壁
300 透明导电层
401 第一电极
402 第二电极
501 第一焊盘
502 第二焊盘
600 第一反射层
601 第一部分
602 第二部分
700 第二反射层
801 第一接合层
802 第二接合层
900 封装基板
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
须知，本发明实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
在现有倒装结构的封装过程中，为了防止锡膏泄露造成的漏电，会在半导体外侧覆盖绝缘保护层(PV层)作为隔离层。并且，为了保证光尽量从透明衬底的背面发出，一般会将绝缘保护层设置为DBR反射层。然而，现有的DBR镀膜工艺由于阴影效应，在蒸镀过程中，形成在半导体外延层台面和半导体外延层侧壁上的DBR厚度不均匀，导致半导体外延层侧壁上的DBR反射层的厚度较薄，不能达到发生反射要求，进而影响半导体外延层侧壁上的反射率，最终导致整个发光二极管的亮度下降。
为了解决上述问题以及背景技术中的技术问题，本实施例提供一种发光二极管，该发光二极管包括衬底、外延结构以及第一反射层。其中，衬底包括相对设置的第一表面和第二表面。外延结构设置于衬底的第一表面，并自衬底的第一表面沿垂直于衬底的方向上依次堆叠第一半导体层、有源层以及第二半导体层，外延结构的侧壁相对垂直于衬底的方向上向外延结构的几何中心倾斜；外延结构包括第一台面和第二台面，第一台面由第一半导体层、有源层以及第二半导体层构成，且第一台面暴露第二半导体层；第二台面由第一半导体层构成，且暴露第一半导体层；外延结构的侧壁还包括第一侧壁和第二侧壁，所述第一台面的侧壁形成为第一侧壁，第一台面与第二台面相连接的部分形成为第二侧壁。第一反射层包括第一部分和第二部分，第一部分覆盖于外延结构的第一台面及第二台面的部分表面，第二部分完全覆盖于外延结构的第一侧壁，第一部分的厚度大于第二部分的厚度，第一部分的厚度与第二部分的厚度之比介于1.3～1.56。以尽可能的减少外延结构侧壁的折射光，增加出射光，提高芯片亮度。
可选地，外延结构的第一侧壁与衬底的第一表面所形成的夹角介于40°～50°，以保证在镀膜阶段，第一反射层能够同时在台面以及侧壁上形成，且台面上的第一反射层的厚度与侧壁上的第一反射层的厚度比达到1.3～1.56，提高出光率。
可选地，第一反射层是由不同折射率材料交替层叠形成的布拉格反射层。
可选地，外延结构包括：
第一电极，设置于第一台面暴露的第二半导体层上；
第二电极，设置于暴露的第一半导体层上。
可选地，第二侧壁与第二台面所形成的夹角介于30°～40°。
可选地，第一侧壁在衬底上的垂向投影的宽度大于第二侧壁在衬底上的垂向投影的宽度。
可选地，第一侧壁在衬底上的垂向投影的宽度介于3～5μm，第二侧壁在衬底上的垂向投影的宽度介于1～2μm。
可选地，发光二极管还包括：
第一焊盘，形成于第一反射层的第一部分上，并且与第一台面上的第一电极形成电性连接；
第二焊盘，形成于第一反射层的第一部分上，并且与第二台面上的第二电极形成电性连接。
可选地，第一电极与第一焊盘之间还设置有透明导电层。
可选地，衬底为图形化衬底，衬底的第一表面上设置有图形结构。
可选地，衬底为透明衬底。
可选地，衬底的第二表面上覆盖有第二反射层。
可选地，第二反射层为布拉格反射层。
本实施例还提供一种发光装置，包括：
封装基板，封装基板的表面包括固晶区；
发光二极管为上述的发光二极管，且发光二极管具有第一反射层的一侧固定于封装基板的固晶区内。
同样地，第一反射层包括第一部分和第二部分，其中第一部分覆盖于外延结构的台面的部分表面，第二部分完全覆盖于外延结构的第一侧壁，第一部分的厚度大于第二部分的厚度，第一部分的厚度与第二部分的厚度之比介于1.3～1.56，以尽可能的减少外延结构侧壁的折射光，增加出射光，提高芯片亮度。
可选地，封装基板的固晶区内间隔设置有第一焊接电极和第二焊接电极，发光二极管的第一焊盘与第一焊接电极连接，发光二极管的第二焊盘与第二焊接电极连接。
下面通过具体的实施例对本发明进行详细的说明。
实施例1
本实施例提供一种发光二极管，参照图1或2，该发光二极管包括衬底100、外延结构200以及第一反射层600。其中，衬底100包括相对设置的第一表面101和第二表面102。外延结构200设置于衬底100的第一表面101，并自衬底100的第一表面101沿垂直于衬底100的方向上依次堆叠第一半导体层201、有源层202及第二半导体层203，外延结构200的侧壁相对垂直衬底100的方向上向外延结构200的几何中心倾斜。外延结构200包括第一台面210和第二台面220，第一台面210由第一半导体层201、有源层202以及第二半导体层203构成，且第一台面210暴露第二半导体层201；第二台面由第一半导体层201构成，且暴露第一半导体层201；外延结构200的侧壁还包括第一侧壁240和第二侧壁250，第一台面210的侧壁形成为第一侧壁240，第一台面210与第二台面220相连接的部分形成为第二侧壁250。第一反射层600覆盖于外延结构200的表面上，第一反射层600包括第一部分601和第二部分602，第一部分601覆盖于外延结构200的第一台面210及第二台面220，第二部分602覆盖于外延结构200的第一侧壁240，第一部分601的厚度大于第二部分602的厚度，第一部分601的厚度与第二部分602的厚度之比介于1.3～1.56。
具体地，参照图2，衬底100包括相对设置的第一表面101和第二表面102。衬底100为透明衬底100，该透明衬底100可以为绝缘型基板或导电性基板。透明衬底100可以用以使发光构造体生长的生长基板，可包括蓝宝石基板、碳化硅基板、硅基板、氮化镓基板或者氮化铝基板等。可选地，在衬底100的第一表面101上还设置有图形结构103，该图形结构103形成为间隔设置于衬底100的第一表面101的凸起结构。衬底100的第二表面102为发光二极管的出光面，同时发光二极管也会自衬底100的侧面出光。
参照图2，外延结构200设置于衬底100的第一表面101，并且该外延结构200自衬底100的第一表面101沿垂直于衬底100的方向上依次堆叠有第一半导体层201、有源层202以及第二半导体层203。其中，第一半导体层201可以是N型半导体层，第二半导体层203为P型半导体层，当然，第一半导体层201为P型半导体层，第二半导体层203为N型半导体层也是可以的。第一半导体层201用于提供进行复合发光的电子，第二半导体层203用于提供进行复合发光的空穴。有源层202为单量子阱或多量子阱，用于进行电子和空穴的复合发光。
参照图2，外延结构200的侧壁相对垂直于衬底100的方向上向外延结构200的几何中心倾斜，使得外延结构200在衬底100的第一表面101上的截面形成为正梯形结构。外延结构200包括有第一台面210和第二台面220，其中第一台面210暴露第二半导体层203，并且暴露的所述第二半导体层203上形成有第一电极401。第二台面220与第一台面210相邻设置，第二台面220暴露第一半导体层201，并且在暴露的第一半导体层201上形成有第二电极402。其中，第二台面220可以由自第二半导体层203向下刻蚀至第一半导体层201形成。第一电极401和第二电极402分别通过溅射或者蒸镀的方式分别形成第一台面210及第二台面220的表面，第一电极401和第二电极402的材料包括Au或Au的合金。外延结构200还包括第一侧壁240和第二侧壁250，第一台面210的侧壁形成为第一侧壁240，第一台面210与第二台面220相连接的部分形成为第二侧壁250。
参照图2，第一反射层600覆盖于外延结构200的表面上，同时暴露出外延结构200上的第一电极401以及第二电极402。在本实施例中，第一反射层600是由不同折射率材料交替层叠形成的布拉格反射层。布拉格反射层的材料为SiO2、TiO2、ZnO2、ZrO2、Cu2O3中不同材料中的至少两种。具体可以是高折射率以及低折射率材料交替层叠的方式形成，其中低折射率材料为SiO2，高折射率材料为TiO2。
参照图2，在第一反射层600上对应于第一电极401以及第二电极402的位置上分别形成第一焊盘501和第二焊盘502。其中，第一焊盘501形成于第一反射层600的第一部分601上，与第一台面210上的第一电极401形成电性连接。第二焊盘502形成于第一反射层600的第一部分601上，并且与第二台面220上的第二电极402形成电性连接。可选地，第一焊盘501和第二焊盘502的材料为金属材料，具体为Au、Ti、Al、Cr、Pt、TiW合金或Ni的任意组合。可选地，第一台面210的第二半导体层203的表面上还设置有透明导电层300，第二电极402形成在透明导电层300上。透明导电层300的制备材料氧化铟锡，其主要起到欧姆接触与横向电流扩展的作用。
可选地，参照图2，在衬底100的第二表面102上设置有第二反射层700，该反射层的反射率可以根据需求进行设置。例如，当要求发光二极管的侧面出光较多时，可以采用低折射率的材料形成第二反射层700。当要求发光二极管的正面出光较多时，则可以采用高折射率的材料形成第二反射层700。其中低折射率材料为SiO2，高折射率材料为TiO2。当然也可以是高折射率以及低折射率材料交替层叠的方式形成第二反射层700，本实施例对第二反射层700的组成设置不做限制。
现有镀膜工艺由于阴影效应，参照图2，外延结构200第一侧壁的第一反射层600的厚度会小于外延结构200的第一台面210或者第二台面220上的第一反射层600的厚度，这导致了外延结构200的侧壁上反射率达不到要求，导致一部分光折射出去，导致了光的损失。参照图2，同时参照图3，当第一反射层600的第一部分601的厚度L1(外延结构200台面上的第一反射层600的厚度)与第一反射层600的第二部分602的厚度L2(外延结构200侧壁上的第一反射层600的厚度)比值较大时，由外延结构200发出的光发射至侧壁上的第一反射层600，第一反射层600由于厚度较小，不能够将光完全反射，还存在部分的光被折射，导致芯片的背面出光损失。为了尽可能的提高外延结构200的侧壁上的反射率，本实施例将第一部分601的厚度与第二部分602的厚度之比介于1.3～1.56，以实现最佳的出光，降低光的损失。具体地，可以通过设置外延结构200的第一侧壁240与衬底100的第一表面101所形成的夹角α1介于40°～50°之间，以在镀膜时达到第一部分601的厚度与第二部分602的厚度之比介于1.3～1.56之间时，也即L1/L2＝1.3～1.56。由此，本实施例可以尽可能的减少折射光，增加出射光，提高芯片亮度。
实施例2
本实施例还提供一种发光二极管，其与实施例1的相同之处在此不做赘述，其不同之处在于：参照图2，在本实施例中，第一台面210与第二台面220相连接的侧壁形成为第二侧壁250，第二侧壁250与第二台面220的台面所形成的夹角α2介于30°～40°，第一侧壁240在衬底100上的垂向投影的宽度D1大于第二侧壁250在衬底100上的垂向投影的宽度D2。可选地，第一侧壁240在衬底100上的垂向投影的宽度D1介于3～5μm，第二侧壁在250衬底100上的垂向投影的宽度D2介于1～2μm。由此，本实施例可以尽可能的减少第一台面210与第二台面220之间的外延层侧壁的折射光，增加出射光，进一步提高芯片亮度。
实施例3
本实施例还提供一种发光装置，参照图4，该发光装置包括封装基板900以及发光二极管。其中，封装基板900的表面包括固晶区(图中未示出)。封装基板900为绝缘型基板，如RGB显示屏用的封装模组基板或背光显示用的模组基板，封装基板900的固晶区内具有电隔离的第一焊接电极(图中未示出)和第二焊接电极(图中未示出)。
参照图4，发光二极管为实施例1、实施例2中任一所述的发光二极管，在此不再赘述。发光二极管具有第一反射层600的一侧固定于封装基板900的固晶区内。具体地，发光二极管上的第一焊盘501通过第一接合层801与封装基板900上的第一焊接电极固定，第二焊盘502通过第二接合层802与封装基板900上的第二焊接电极固定。其中，第一接合层801和第二接合层802包括但不限于焊料，如共晶焊或回流焊料。
本实施例中第一反射层的第一部分的厚度与第二部分的厚度之比介于1.3～1.56。该厚度设置可以尽可能的减少外延结构侧壁上的第一反射层对外延结构发出光的折射，增加反射光，提高发光装置的亮度。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (14)
1.一种发光二极管，其特征在于，包括：
衬底，包括相对设置的第一表面和第二表面；
外延结构，设置于所述衬底的第一表面，并自所述衬底的第一表面沿垂直于所述衬底的方向上依次堆叠第一半导体层、有源层以及第二半导体层，所述外延结构的侧壁相对垂直于所述衬底的方向上向所述外延结构的几何中心倾斜；所述外延结构包括第一台面和第二台面，所述第一台面由第一半导体层、有源层以及第二半导体层构成，且所述第一台面暴露所述第二半导体层；所述第二台面由所述第一半导体层构成，且暴露所述第一半导体层；所述外延结构的侧壁还包括第一侧壁和第二侧壁，所述第一台面的侧壁形成为第一侧壁，所述第一台面与所述第二台面相连接的部分形成为第二侧壁；
第一反射层，包括第一部分和第二部分，所述第一部分覆盖于所述外延结构的第一台面的部分表面及第二台面的部分表面，所述第二部分完全覆盖于所述外延结构的第一侧壁，所述第一部分的厚度大于所述第二部分的厚度，所述第一部分的厚度与所述第二部分的厚度之比介于1.3～1.56。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一侧壁与所述衬底的第一表面所形成的夹角介于40°～50°。
3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一反射层是由不同折射率材料交替层叠形成的布拉格反射层。
4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述外延结构包括：
第一电极，设置于第一台面暴露的所述第二半导体层上；
第二电极，设置于暴露的所述第一半导体层上。
5.根据权利要求4所述的发光二极管，其特征在于，所述第二侧壁与所述第二台面所形成的夹角介于30°～40°。
6.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一侧壁在所述衬底上的垂向投影的宽度大于所述第二侧壁在衬底上的垂向投影的宽度。
7.根据权利要求6所述的发光二极管，其特征在于，所述第一侧壁在所述衬底上的垂向投影的宽度介于3～5μm，所述第二侧壁在所述衬底上的垂向投影的宽度介于1～2μm。
8.根据权利要求4所述的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管还包括：
第一焊盘，形成于所述第一反射层的第一部分上，并且与所述第一台面上的第一电极形成电性连接；
第二焊盘，形成于所述第一反射层的第一部分上，并且与所述第二台面上的第二电极形成电性连接。
9.根据权利要求8所述的发光二极管，其特征在于，所述第一电极与所述第一焊盘之间还设置有透明导电层。
10.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述衬底为透明衬底，所述透明衬底的第一表面上设置有图形结构。
11.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述衬底的第二表面上覆盖有第二反射层。
12.根据权利要求11所述的发光二极管，其特征在于，所述第二反射层为布拉格反射层。
13.一种发光装置，其特征在于，包括：
封装基板，所述封装基板的表面包括固晶区；
发光二极管，所述发光二极管为权利要求1～12中任一项所述的发光二极管，且所述发光二极管具有第一反射层的一侧固定于所述封装基板的固晶区内。
14.根据权利要求13所述的发光装置，其特征在于，所述封装基板的固晶区内间隔设置有第一焊接电极和第二焊接电极，所述发光二极管的第一焊盘与所述第一焊接电极连接，所述发光二极管的第二焊盘与所述第二焊接电极连接。
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| CN202311103865.6A CN116995174A (zh) | 2023-08-30 | 2023-08-30 | 一种发光二极管及发光装置 |
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Family Applications (1)
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2023
- 2023-08-30 CN CN202311103865.6A patent/CN116995174A/zh active Pending
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