CN101246934A - 具改良式反射片的发光二极管元件 - Google Patents
具改良式反射片的发光二极管元件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101246934A CN101246934A CNA2007100791559A CN200710079155A CN101246934A CN 101246934 A CN101246934 A CN 101246934A CN A2007100791559 A CNA2007100791559 A CN A2007100791559A CN 200710079155 A CN200710079155 A CN 200710079155A CN 101246934 A CN101246934 A CN 101246934A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light
- reflector plate
- emitting diode
- layer
- tool
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Led Devices (AREA)
- Led Device Packages (AREA)
Abstract
本发明提供一种具改良式反射片的发光二极管元件，在相对发光层的透光基底的表面形成一改良式反射片。该改良式反射片具有至少一透光介电层相邻于该透光基底及至少一金属层。通过该改良式反射片的设计，使穿透该透光基底的大部分发射光在该透光基底与该反射片的接口产生全反射，藉以使朝向该透光基底的发射光被导引朝元件正面发光，进而提高该发光二极管元件的光输出率。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管元件，特别是有关于一种具改良式反射片的发光二极管元件。
背景技术
发光二极管是使用半导体本身固有的特性以产生发射光，其发光原理不同于一般的灯具，故发光二极管又被称为冷光光源。发光二极管具有耐久、省能等优点，已成为普遍受到欢迎的发光源。图1为一典型的发光二极管元件结构截面示意图，其包括一蓝宝石基底10、一N型半导体层11、一半导体发光层12、一P型半导体层13及一底部铝金属层14。当一作用电压施予该P型半导体层13及该N型半导体层11之间时，通过电子-空穴对在该半导体发光层12结合而于该半导体发光层12放出光，朝四面八方发射出去。如图1所示，仅有入射角较小的朝上发射光会经由该P型半导体层13顶面出射，而朝向该蓝宝石基底10的发射光于通过该蓝宝石基底10后则需经由该底部铝金属层14导引朝上发射，以增加该发光二极管元件的发光强度。
图2为TE发射光、TM发射光及前述两者的平均混合光(Ave)通过一蓝宝石基底入射于其底部铝金属层的反射光强度相对入射角的关系图，其中TE发射光(TEwave)是指电场垂直纸面的发射光，而TM发射光(TM wave)是指磁场垂直纸面的发射光。如图2所示，入射于该铝金属层的发射光并无法达到100％的反射率，会有部分的入射光被该铝金属层吸收。目前已知几乎所有的金属皆会吸收部分的入射光，而无法百分之百的反射入射光。
据此，亟待提供一种改良的半导体基底底部反射器，以克服上述现有技术的缺失。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种具改良式反射片的发光二极管元件，通过设于一透光基底底面的一改良式反射片，使朝向该透光基底的大部分发射光于该透光基底与该反射片的接口产生全反射，以提高该发光二极管元件的光输出率。
本发明的另一目的是提供一种具改良式反射片的发光二极管元件，于透光基底底面形成一类似布拉格反射器的反射片，以使朝向该透光基底的大部分发射光反射率增加，进而提高该发光二极管元件的光输出率。
根据以上所述的目的，本发明提供一种具改良式反射片的发光二极管元件。在本发明一具体实施例中，该发光二极管元件包括一透光基底、一半导体叠层及一反射片。该半导体叠层形成于该透光基底的一第一表面，该半导体叠层包含一具第一导电性半导体层、一具第二导电性半导体层及一半导体发光层介于前述两者之间。该反射片形成于相对该第一表面的该透光基底的一第二表面，自该第二表面起，该反射片具有至少一透光介电层及至少一金属层，该透光介电层具有一折射系数小于该透光基底的折射系数。
该透光介电层具有一厚度足够使朝向该透光基底的大部分发射光在该透光基底与该透光介电层的接口产生全反射，而被导引朝向该半导体叠层表面发射。再者，该透光介电层表面入射角较小的入射光于通过该透光介电层后，可经由该金属层反射回去。通过本发明前述改良式反射片的设计，即可提高该发光二极管元件的光输出率。
在本发明的另一具体实施例中，该发光二极管元件包括一蓝宝石基底；一半导体叠层，形成于该蓝宝石基底的一第一表面，该半导体叠层包含一具第一导电性半导体层、一具第二导电性半导体层及一半导体发光层介于前述两者之间；及一反射片，形成于相对所述第一表面的所述蓝宝石基底的一第二表面，自该第二表面起，该反射片具有至少一厚度大于0.1微米的二氧化硅层及至少一铝金属层。
在本发明的另一具体实施例中，该发光二极管元件包括一透光基底、一半导体叠层及一反射片。该半导体叠层形成于该透光基底的一第一表面，该半导体叠层包含一具第一导电性半导体层、一具第二导电性半导体层及一半导体发光层介于前述两者之间。该反射片形成于相对该第一表面的该透光基底的一第二表面，该反射片具有复数层透光介电层，所述透光介电层两两之间的折射系数呈高低周期性变化，且与该透光基底相邻的一该透光介电层的折射系数小于该透光基底的折射系数。
在此一具体实施例中，本发明提供一类似布拉格反射器(Distributed BragReflector，DBR)的透光介电层叠层于该透光基底相对该半导体叠层的表面，以将朝向该透光基底的发射光反射回去，藉以提高该发光二极管元件的光输出率。
通过本发明的改良式反射片的设计，可提高该发光二极管元件的光输出率。
附图说明
图1为一现有发光二极管元件结构截面示意图；
图2为现有发光二极管元件其底部铝金属层的反射强度相对入射角的关系图；
图3A为本发明具改良式反射片的发光二极管元件的第一具体实施例的结构截面示意图；
图3B及图3C为本发明改良式反射片中透光介电层的反射强度相对入射角的关系图；
图4为本发明具改良式反射片的发光二极管元件的第二具体实施例的结构截面示意图；
图5为本发明具改良式反射片的发光二极管元件的第三具体实施例的结构截面示意图；及
图6为发光二极管元件的半导体基底的各种底部反射器的反射强度相对入射角的关系图。
主要部分的代表符号：
10蓝宝石基底 11N型半导体层
12半导体发光层 13P型半导体层
14底部铝金属层
3具改良式反射片的发光二极管元件
30透光基底 32半导体叠层
34改良式反射片 322具第一导电性半导体层
324半导体发光层 326具第二导电性半导体层
342透光介电层 344金属层
4具改良式反射片的发光二极管元件
40透光基底 42半导体叠层
44改良式反射片 422具第一导电性半导体层
424半导体发光层
426具第二导电性半导体层
442第一透光介电层
444第二透光介电层
5具改良式反射片的发光二极管元件
50透光基底 52半导体叠层
54改良式反射片 522具第一导电性半导体层
524半导体发光层 526具第二导电性半导体层
54改良式反射片 56透光介电层堆栈层
562第一透光介电层 564第二透光介电层
58金属层
具体实施方式
本发明提供一种具改良式反射片的发光二极管元件，是在透光基底与其底部反射层之间加入至少一透光介电层，与该反射层形成一改良式反射片，藉以提高该反射层的反射率。本发明具改良式反射片的发光二极管元件的结构通过以下具体实施例配合所附图式，将予以详细说明如下。
在此必须说明的是，本发明图式为各具体实施例的发光二极管元件结构截面示意图，各层厚度并未按照实际比例绘制，并且为求突显本发明结构特征，图式中并未示出本发明发光二极管元件的电极。
图3A为本发明具改良式反射片的发光二极管元件的第一具体实施例的结构截面示意图。该具改良式反射片的发光二极管元件3包括一透光基底30、一半导体叠层32及一改良式反射片34。该半导体叠层32形成于该透光基底30的第一表面，包含一具第一导电性的半导体层322及一具第二导电性的半导体层326及一半导体发光层324介于前述两者之间。该半导体叠层32各层材质可以是第IIIA族氮化物，例如二元化合物(binary compound)，例如氮化铝、氮化镓、氮化铟；三元化合物(ternary compound)，例如氮化镓铝、氮化镓铟、氮化铝铟；及四元化合物(quaternary compound)氮化镓铟铝(AlxInyGa1-yN)。以氮化镓铟铝(AlInGaN)材料***为例，该具第一导电性的半导体层322可以是P型氮化镓铟铝层，该具第二导电性的半导体层326可以是N型氮化镓铟铝层及该半导体发光层324可以是氮化镓铟铝层。该改良式反射片34形成于相对该第一表面的该透光基底30的一第二表面，自该第二表面起，该改良式反射片34具有至少一透光介电层342及至少一金属层344，该透光介电层342具有一折射系数小于该透光基底30的折射系数及具有一足够厚度例如至少为0.1微米(μm)，藉以使该半导体发光层324朝向该透光基底30的大部分发射光入射于该透光介电层342时会于该透光基底30内部产生全反射(Total Internal Reflection，TIR)，如图标中箭头所指，进而增加前述发射光逃离该透光基底30内部朝其第一表面出射的机会，相对地减少前述发射光被该金属层344吸收的机会。对于该透光介电层342而言，入射角较小的入射光于通过该透光介电层342后，仍可经由该金属层344反射回去。在第一具体实施例中，该透光基底30材质可以是蓝宝石(sapphire)，该透光介电层342材质可以是二氧化硅(SiO2)或氟化镁(MgF2)，而该金属层344可以是铝、银、钛、镍或金金属层等反射率至少为50％的金属层。
参照图3B，该具改良式反射片的发光二极管元件3中该透光基底30可使用蓝宝石基底，而于该蓝宝石基底下方形成一厚度约为0.5微米(μm)的二氧化硅，并将一铝金属层形成于该二氧化硅层下方。以中心波长450毫微米(nm)的TE光、TM光及两者的平均混合光(Ave)经由该蓝宝石基底以各种角度入射于该二氧化硅层时，可发现前述两种光波在入射角大于全反射临界角时，其光反射率可达100％。也就是说，当入射角大于全反射临界角时，前述两种光波会在该蓝宝石基底内部产生全反射，而增加这两种光波逃离该蓝宝石基底内部朝向该蓝宝石基底上方出射的机会。至于入射角较小的入射光仍可经该铝金属层反射回去。
参照图3C，将二氧化硅层厚度增加至1微米(μm)，仍可发现前述两种光波在入射角大于全反射临界角时，其光反射率可达100％。参图3A，故该发光二极管元件3中只要透光介电层342厚度超过一最小厚度，即可使入射角大于全反射临界角的所有入射光于该透光介电层342表面产生全反射。所以本发明改良式反射片的设计有助于提高本发明发光二极管元件的工艺窗口(process window)。
图4为本发明具改良式反射片的发光二极管元件的第二具体实施例的结构截面示意图。在第二具体实施例中，该具改良式反射片的发光二极管元件4包括一透光基底40、一半导体叠层42及一改良式反射片44。该半导体叠层42形成于该透光基底40的一第一表面，该半导体叠层42包含一具第一导电性半导体层422、一具第二导电性半导体层426及一半导体发光层424介于前述两者之间。所述反射片44形成于相对第一表面的所述透光基底40的一第二表面。该改良式反射片44是由第一透光介电层442及第二透光介电层444交互堆栈组成，其中该第一透光介电层442的折射系数小于该透光基底40的折射系数，而该第二透光介电层444的折射系数大于该第一透光介电层442的折射系数，并且该第一透光介电层442及该第二透光介电层444的厚度为四分之一波长(1/4λ)(在此波长是指该发光二极管元件4的发射光波长)。换句话说，该反射片44系由复数层第一透光介电层442及第二透光介电层444交互堆栈组成，并且所述透光介电层两两之间的折射系数呈高低周期性变化。如此一来，该改良式反射片44可设计成类似一布拉格反射器，进而可将朝向该透光基底40的发射光反射回去，以提高该发光二极管元件4的光输出率。再者，在第二具体实施例中，该透光基底40、该半导体叠层42的材质皆可使用相同于第一具体实施例的材质。
图5为本发明具改良式反射片的发光二极管元件的第三具体实施例的结构截面示意图。在第三具体实施例中，该具改良式反射片的发光二极管元件5包括一透光基底50、一半导体叠层52及一改良式反射片54。该半导体叠层52形成于该透光基底50的一第一表面，包含一具第一导电性的半导体层522及一具第二导电性的半导体层526及一半导体发光层524介于前述两者之间。该改良式反射片54形成于相对该第一表面的该透光基底50的一第二表面，自该第二表面起，该反射片54具有一透光介电层堆栈层56及至少一金属层58。该透光介电层堆栈层56与第二具体实施例的该反射片44结构设计一样，由复数层第一透光介电层562及第二透光介电层564交互堆栈组成，并且所述透光介电层两两之间的折射系数呈高低周期性变化。也就是说，第三具体实施例与第二具体实施例不同处仅在于在该透光介电层堆栈层56下方加设至少一金属层58，以更进一步将通过该透光介电层堆栈层56的发射光反射回去。该金属层58材质可以是铝、银、钛、镍或金金属层等反射率至少为50％的金属层。
图6为显示蓝宝石基底底部具有不同反射片时，反射光强度相对反射片表面光入射角的关系图，可明显看出蓝宝石基底底部形成一透光介电层堆栈层(dielectric stack)与铝金属层做为反射片时，或者形成一透光介电层与铝金属层做为反射片时，相较于在该蓝宝石基底底部仅以一铝金属层做为反射片时，其可大为提高光反射率。
以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在本发明权利要求请求保护的范围内。
Claims (13)
1. 一种具改良式反射片的发光二极管元件，其特征在于该发光二极管元件包括：
一透光基底；
一半导体叠层，形成于该透光基底的一第一表面，该半导体叠层包含一具第一导电性半导体层、一具第二导电性半导体层及一半导体发光层介于前述两者之间；及
一反射片，形成于相对所述第一表面的所述透光基底的一第二表面，自该第二表面起，该反射片具有至少一透光介电层及至少一金属层，该透光介电层具有一折射系数小于该透光基底的折射系数。
2. 根据权利要求1所述的具改良式反射片的发光二极管元件，其特征在于：所述透光介电层的厚度至少为0.1微米。
3. 根据权利要求1所述的具改良式反射片的发光二极管元件，其特征在于：该金属层的反射率至少为50％。
4. 根据权利要求1所述的具改良式反射片的发光二极管元件，其特征在于，所述透光介电层的材质选自下列任意一种：二氧化硅及氟化镁。
5. 根据权利要求1所述的具改良式反射片的发光二极管元件，其特征在于，该金属层的材质选自下列任意一种：铝、银、钛、镍及金。
6. 根据权利要求1所述的具改良式反射片的发光二极管元件，其特征在于，该反射片具有复数层透光介电层，所述透光介电层两两之间的折射系数呈高低周期性变化。
7. 一种具改良式反射片的发光二极管元件，其特征在于该发光二极管元件包括：
一蓝宝石基底；
一半导体叠层，形成于该蓝宝石基底的一第一表面，该半导体叠层包含一具第一导电性半导体层、一具第二导电性半导体层及一半导体发光层介于前述两者之间；及
一反射片，形成于相对所述第一表面的所述蓝宝石基底的一第二表面，自该第二表面起，该反射片具有至少一厚度大于0.1微米的二氧化硅层及至少一铝金属层。
8. 根据权利要求7所述的具改良式反射片的发光二极管元件，其特征在于：该半导体叠层的材质是以氮化镓铟铝系为主。
9. 一种具改良式反射片的发光二极管元件，其特征在于该发明二极管元件包括：
一透光基底；
一半导体叠层，形成于该透光基底的一第一表面，该半导体叠层包含一具第一导电性半导体层、一具第二导电性半导体层及一半导体发光层介于前述两者之间；及
一反射片，形成于相对该第一表面的该透光基底的一第二表面，该反射片具有复数层透光介电层，所述透光介电层两两之间的折射系数呈高低周期性变化，且与该透光基底相邻的一该透光介电层的折射系数小于该透光基底的折射系数。
10. 根据权利要求9所述的具改良式反射片的发光二极管元件，其特征在于，所述透光介电层对于来自该透光基底的所有入射光产生大于50％的反射率。
11. 根据权利要求9所述的具改良式反射片的发光二极管元件，其特征在于，所述透光基底为一蓝宝石基底。
12. 根据权利要求9所述的具改良式反射片的发光二极管元件，其特征在于，该半导体叠层的材质是以氮化镓铟铝系为主。
13. 根据权利要求11所述的具改良式反射片的发光二极管元件，其特征在于，该半导体叠层的材质是以氮化镓铟铝系为主。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2007100791559A CN100573943C (zh) | 2007-02-14 | 2007-02-14 | 具改良式反射片的发光二极管元件 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2007100791559A CN100573943C (zh) | 2007-02-14 | 2007-02-14 | 具改良式反射片的发光二极管元件 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101246934A true CN101246934A (zh) | 2008-08-20 |
| CN100573943C CN100573943C (zh) | 2009-12-23 |
Family
ID=39947250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB2007100791559A Active CN100573943C (zh) | 2007-02-14 | 2007-02-14 | 具改良式反射片的发光二极管元件 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN100573943C (zh) |
-
2007
- 2007-02-14 CN CNB2007100791559A patent/CN100573943C/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN100573943C (zh) | 2009-12-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6316892B2 (ja) | 発光ダイオードパッケージ | |
| US8278645B2 (en) | Light emitting diode and fabrication thereof | |
| EP2362453B1 (en) | Light emitting diode chip having distributed Bragg reflector and light emitting diode package having distributed Bragg reflector | |
| US8981410B1 (en) | Distributed bragg reflector for reflecting light of multiple wavelengths from an LED | |
| TWI415294B (zh) | 發光二極體晶片 | |
| CN100379043C (zh) | 全角度反射镜结构GaN基发光二极管及制作方法 | |
| KR101047792B1 (ko) | 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지 | |
| JP2007053358A (ja) | 発光素子 | |
| CN108258097B (zh) | 发光二极管及其制作方法 | |
| KR20080017180A (ko) | 반도체 발광장치 | |
| WO2008060601A2 (en) | High efficiency, white, single or multi-color light emitting diodes (leds) by index matching structures | |
| JP2014067894A (ja) | 半導体発光素子及びその製造方法 | |
| CN102299229A (zh) | 具备布拉格薄膜与金属层的发光二极管 | |
| CN101635325B (zh) | 发光二极管及其制造方法 | |
| JP5401452B2 (ja) | オプトエレクトロニクス半導体チップ | |
| US20120043567A1 (en) | Led structure with bragg film and metal layer | |
| US20230092504A1 (en) | Light Emitting Diode and Fabrication Method Thereof | |
| CN100573943C (zh) | 具改良式反射片的发光二极管元件 | |
| US10707381B2 (en) | Light emitting diode and fabrication method thereof | |
| JP5745250B2 (ja) | 発光デバイス | |
| TWI393269B (zh) | 發光元件 | |
| CN101378097A (zh) | 发光二极管与其制造方法 | |
| CN112510133A (zh) | 发光二极管芯片、发光二极管及发光二极管芯片制备方法 | |
| KR101667817B1 (ko) | 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지 | |
| CN221379407U (zh) | 高光提取率的led芯片 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |