CN214313231U - 反射结构及GaN基薄膜型结构LED芯片 - Google Patents

反射结构及GaN基薄膜型结构LED芯片 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供了一种反射结构及GaN基薄膜型结构LED芯片，其中，反射结构中包括：金属反射层及设置于金属反射层表面由介电材料形成的介电反射层，介电反射层中包括填充有导电材料的第一通孔，且介电反射层中介电材料与导电材料的接触面之间、介电材料与金属反射层的接触面之间及介电反射层上表面均设置有透明导电层。解决介电材料接触区域电流无法流经的问题，使得制备得到的LED芯片中电流扩散更均匀，且具有更高的光提取效率。

Description

反射结构及GaN基薄膜型结构LED芯片
技术领域
本实用新型涉及半导体技术领域，尤其是一种反射结构及GaN基薄膜型结构LED芯片。
背景技术
由于GaN基薄膜型结构LED芯片具有电流扩散好、散热快、可以大电流驱动等优点，因此广泛应用于手机闪光灯、移动照明、通用照明、汽车照明等领域。在制备过程中，一般为通过衬底转移技术把原生衬底去掉之后，在GaN薄膜p 型一侧和支撑衬底之间制备一层Ag反射镜(同时作为p电极)；之后于n型一侧的GaN上制备n电极，得到薄膜型结构的LED芯片。
虽然Ag反射层具有较高的反射率，但由于其与GaN的粘附性不好，因此一般需要在Ag反射层和p型GaN之间***一层金属Ni。虽然这能一定程度上解决粘附性的问题，但是同时会影响Ag反射镜的反射率，从而降低LED的取光效率。针对这个问题，有人提出在反射Ag反射层和半导体发光材料之间引入了一层介电材料SiO2，并通过在介电材料SiO2中开孔的方式实现Ag反射层和半导体发光材料的导电连接的方式解决。在该反射结构中，由于介电材料SiO2的折射率小于半导体发光材料，厚度大于发光波长，以此在介电材料SiO2和半导体发光材料的界面形成全反射现象，对于大于全反射角入射角的光子，反射率为100％，以此提高反射率，且介电材料SiO2的表面积占比越大，全反射镜的反射率越高。
但是，这一反射结构中依然存在Ag反射层与半导体发光材料/介电材料SiO2之间粘附性不佳的技术问题。另外，对于GaN基LED材料，p型GaN的厚度一般不超过200nm且空穴浓度偏低，电流几乎无法在p型GaN中横向扩散，因此在该反射结构中，与介电材料SiO2接触的区域电流无法流经，导致没有与表面n 电极对应的区域，介电材料SiO2的存在反而会浪费半导体的发光面积。
实用新型内容
为了克服以上不足，本实用新型提供了一种反射结构及GaN基薄膜型结构 LED芯片，有效解决现有GaN基薄膜型结构LED芯片中介电材料接触区域电流无法流经的技术问题。
本实用新型提供的技术方案为：
一方面，本实用新型公开了一种反射结构，所述反射结构中包括：金属反射层及设置于所述金属反射层表面由介电材料形成的介电反射层，所述介电反射层中包括填充有导电材料的第一通孔，且所述介电反射层中介电材料与导电材料的接触面之间、介电材料与金属反射层的接触面之间及介电反射层上表面均设置有透明导电层。
另一方面，本实用新型公开了一种GaN基薄膜型结构LED芯片，包括：
支撑衬底；
半导体发光结构，包括依次堆叠于所述支撑衬底表面的p型半导体层、发光层及n型半导体层；
于所述支撑衬底和半导体发光结构之间设置的上述反射结构，所述介电反射层中介电材料与导电材料的接触面之间、介电材料与金属反射层的接触面之间及介电反射层与半导体发光结构的接触面之间均设置有透明导电层；及
设置于所述半导体发光结构表面的n电极。
另一方面，本实用新型公开了一种GaN基薄膜型结构LED芯片，包括：
支撑衬底，表面包括发光区域和焊盘区域，其中，
所述发光区域表面设置有：
半导体发光结构，包括依次堆叠于所述支撑衬底表面的p型半导体层、发光层及n型半导体层；
于所述支撑衬底和半导体发光结构之间设置的上述反射结构，其中，金属反射层通过一介电材料层设置于所述支撑衬底表面，介电反射层设置于所述金属反射层表面，且所述介电反射层中介电材料与导电材料的接触面之间、介电材料与金属反射层的接触面之间及介电反射层与半导体发光结构的接触面之间均设置有透明导电层；及
填充有导电材料的第二通孔，所述第二通孔贯穿所述介电材料层、反射结构、 p型半导体层及发光层将n型半导体层连接至支撑衬底，且所述第二通孔侧壁填充有介电材料；
所述焊盘区域表面依次设置有介电材料层、部分金属反射层及p电极。
在本实用新型提供的反射结构及GaN基薄膜型结构LED芯片中，在反射结构中设置金属反射层和介电反射层之外，在介电反射层中介电材料与导电材料的接触面之间、介电材料与金属反射层的接触面之间及介电反射层与半导体发光结构的接触面之间设置不同厚度的透明导电层，以此在不影响发射结构反射率的前提下，解决金属反射层、介电反射层及发光材料之间的粘附性问题的同时，解决介电材料接触区域电流无法流经的问题，使得制备得到的LED芯片中电流扩散更均匀，具有更高的光提取效率。
附图说明
图1为本实用新型中反射结构的结构示意图；
图2为本实用新型中GaN基薄膜型结构LED芯片结构一种实施例结构示意图；
图3为本实用新型中GaN基薄膜型结构LED芯片结构另一种实施例结构示意图；
图4为本实用新型一实例LED芯片俯视图。
附图标记：
10-反射结构，11-金属反射层，12-介电反射层，13-第一通孔，14-第二通孔， 20-透明导电层，30-支撑衬底，40-半导体发光结构，41-p型半导体层，42-发光层，43-n型半导体层，50-n电极，60-介电材料层，70-p电极，80-发光区域，90- 焊盘区域。
具体实施方式
为了更清楚地说明本实用新型实施案例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
如图1所示为本实用新型提供的反射结构结构示意图，从图中可以看出，该反射结构10中包括：金属反射层11及设置于金属反射层11表面由介电材料形成的介电反射层12，介电反射层12中包括填充有导电材料的第一通孔13，且介电反射层12中介电材料与导电材料的接触面之间、介电材料与金属反射层11 的接触面之间及介电反射层12上表面均设置有透明导电层20。
在本实施例中，反射结构10由金属反射层11和介电反射层12组成，金属反射层11由具有高反射率的导电反射金属形成，如Ag、Al等，厚度为
Figure DEST_PATH_GDA0003149721880000041
介电反射层12形成于金属反射层11表面，厚度为
Figure DEST_PATH_GDA0003149721880000042
材料可以选用SiO2、SiN和Al2O3中的一种或几种，且该介电反射层12中规则开设有内部填充导电材料的导电第一通孔13。这里，第一通孔13内填充的导电材料可以根据实际需求进行任意的选定，只要满足导电的需求即可。另外，介电反射层12中第一通孔13的数量、第一通孔13开设的形式、第一通孔13的大小等这里不做具体限定理论上来说。第一通孔13的数量越少、尺寸越小，介电反射层12的反射能力越强，但是，数量过少会影响芯片的导电性能，因此需要根据实际情况适量的设定，保证反射率的同时提高导电性能。
在另一实施例中，介电反射层12中第一通孔13内填充的导电材料与金属反射层11的材料相同，以此第一通孔13内部填充的导电材料除了连接金属反射层 11和半导体发光结构40之外，同时能够反射半导体发光结构40出射的光，以此进一步提升反射结构10的反射率。
透明导电层20设置于介电反射层12中介电材料与导电材料的接触面之间、介电材料与金属反射层11的接触面之间及介电反射层12上表面，帮助电流扩散，并增强金属反射层11和介电材料的粘附性。为了不影响芯片出光，限定介电反射层12上表面设置的透明导电层20的厚度为
Figure DEST_PATH_GDA0003149721880000043
介电反射层12中介电材料与导电材料的接触面之间、介电材料与金属反射层11的接触面之间设置的透明导电层20的厚度为
Figure DEST_PATH_GDA0003149721880000044
透明导电层20的材料，可以根据实际应用进行选定，只要能够满足和发光材料形成欧姆接触需求的同时不影响芯片出光即可，如使用ITO透明导电层。
如图2所示为本实用新型提供的GaN基薄膜型结构LED芯片一种实施例结构示意图，从图中可以看出，该GaN基薄膜型结构LED芯片中包括：支撑衬底 30；半导体发光结构40，包括依次堆叠于支撑衬底30表面的p型半导体层41、发光层42及n型半导体层43；于支撑衬底30和半导体发光结构40之间设置的如图1所示的反射结构10，介电反射层12中介电材料与导电材料的接触面之间、介电材料与金属反射层11的接触面之间及介电反射层12与半导体发光结构40 的接触面之间均设置有透明导电层20；及设置于半导体发光结构40表面的n电极50。
在本实施例中，支撑衬底30可以为Si衬底、Cu衬底等。反射结构10由金属反射层11和介电反射层12组成，金属反射层11形成于支撑衬底30表面，由具有高反射率的导电反射金属形成，如Ag、Al等，以反射半导体发光结构40 出射的光，厚度为
Figure DEST_PATH_GDA0003149721880000051
介电反射层12形成于金属反射层11表面，同样用于反射半导体发光结构40出射的光，且介电反射层12中规则开设有导电第一通孔13，内部填充有导电材料，连接金属反射层11和半导体发光结构40。该介电反射层12使用的介电材料(如SiO2等)的折射率小于半导体发光结构40 的折射率，厚度为
Figure DEST_PATH_GDA0003149721880000052
在另一实施例中，介电反射层12中第一通孔 13内填充的导电材料与金属反射层11的材料相同，以此第一通孔13内部填充的导电材料除了连接金属反射层11和半导体发光结构40之外，同时能够反射半导体发光结构40出射的光。
透明导电层20设置于介电反射层12中介电材料与导电材料的接触面之间、介电材料与金属反射层11的接触面之间及介电反射层12与半导体发光结构40 的接触面之间，帮助电流扩散，并增强金属反射层11和介电材料的粘附性。为了不影响芯片出光，限定介电反射层12与半导体发光结构40的接触面之间设置的透明导电层20的厚度为
Figure DEST_PATH_GDA0003149721880000053
介电反射层12中介电材料与导电材料的接触面之间、介电材料与金属反射层11的接触面之间设置的透明导电层20的厚度为
Figure DEST_PATH_GDA0003149721880000054
透明导电层20的材料，可以根据实际应用进行选定，只要能够满足和发光材料形成欧姆接触需求的同时不影响芯片出光即可，如使用ITO透明导电层。
在反射结构10的制备过程中，在生长衬底(如蓝宝石等)表面生长半导体发光结构40(n型半导体层43、发光层42及p型半导体层41)之后，在p型半导体层41表面沉积一层厚度为
Figure DEST_PATH_GDA0003149721880000061
的透明导电层20；之后在该透明导电层 20表面沉积厚度为
Figure DEST_PATH_GDA0003149721880000062
的介电材料，并根据规则开孔；接着再在开孔后的介电材料表面沉积一层厚度为
Figure DEST_PATH_GDA0003149721880000063
的透明导电层20；最后沉积第一通孔 13内的导电材料和金属反射层11。当第一通孔13内的导电材料和金属反射层 11不同，先沉积第一通孔13内的导电材料，之后沉积金属反射层11；当第一通孔13内的导电材料和金属反射层11相同，则直接在形成有第一通孔13的介电材料表面沉积金属反射层11。反射结构10制备完成之后，根据常规的流程(包括邦定支撑衬底30、去除生长衬底、形成n电极50等)对LED芯片进行制备即可，这里不作赘述。
如图3所示为本实用新型提供的GaN基薄膜型结构LED芯片一种实施例结构示意图，从图中可以看出，该GaN基薄膜型结构LED芯片中包括：支撑衬底 30，表面包括发光区域80和焊盘区域90，其中，发光区域80表面设置有：半导体发光结构40，包括依次堆叠于支撑衬底30表面的p型半导体层41、发光层 42及n型半导体层43；于支撑衬底30和半导体发光结构40之间设置的如图1 所示的反射结构10，其中，金属反射层11通过一介电材料层60设置于支撑衬底30表面，介电反射层12设置于金属反射层11表面，且介电反射层12中介电材料与导电材料的接触面之间、介电材料与金属反射层11的接触面之间及介电反射层12与半导体发光结构40的接触面之间均设置有透明导电层20；及填充有导电材料的第二通孔14，第二通孔14贯穿介电材料层60、反射结构10、p 型半导体层41及发光层42将n型半导体层43连接至支撑衬底30，且第二通孔 14侧壁填充有介电材料；焊盘区域90表面依次设置有介电材料层60、部分金属反射层11及p电极70。
与上一GaN基薄膜型结构LED芯片的实施例类似，在本实施例中，支撑衬底30可以为Si衬底、Cu衬底等，且表面包括发光区域80和焊盘区域90，其中发光区域80表面用于设置芯片的发光结构，焊盘区域90设置电极结构。具体，在发光区域80表面，反射结构10由金属反射层11和介电反射层12组成，金属反射层11形成于支撑衬底30表面，由具有高反射率的导电反射金属形成，如 Ag、Al等，以反射半导体发光结构40出射的光，厚度为
Figure DEST_PATH_GDA0003149721880000071
介电反射层12形成于金属反射层11表面，且介电反射层12中规则开设有导电第一通孔13，内部填充有导电材料，连接金属反射层11和半导体发光结构40。该介电反射层12使用的介电材料(如SiO2等)的折射率小于半导体发光结构40的折射率，厚度为
Figure DEST_PATH_GDA0003149721880000072
在另一实施例中，介电反射层12中第一通孔13 内填充的导电材料与金属反射层11的材料相同，以此第一通孔13内部填充的导电材料除了连接金属反射层11和半导体发光结构40之外，同时能够反射半导体发光结构40出射的光。
透明导电层20设置于介电反射层12中介电材料与导电材料的接触面之间、介电材料与金属反射层11的接触面之间及介电反射层12与半导体发光结构40 的接触面之间，帮助电流扩散，并增强金属反射层11和介电材料的粘附性。为了不影响芯片出光，限定介电反射层12与半导体发光结构40的接触面之间设置的透明导电层20的厚度为
Figure DEST_PATH_GDA0003149721880000073
介电反射层12中介电材料与导电材料的接触面之间、介电材料与金属反射层11的接触面之间设置的透明导电层20的厚度为
Figure DEST_PATH_GDA0003149721880000074
透明导电层20的材料，可以根据实际应用进行选定，只要能够满足和发光材料形成欧姆接触需求的同时不影响芯片出光即可，如使用ITO透明导电层。
第二通孔14内部填充有导电材料，以将n型半导体层43导电连接至支撑衬底30。这里，导电材料、第二通孔14的数量越少、开孔位置、尺寸越小等参数同样可以根据实际情况进行设定，这里不做具体限定，只要能够实现本实施例的目的，将n型半导体层43导电连接至支撑衬底30，均包括在本实施例的范围内。如，在如图4(芯片俯视图)所示的实例中，发光区域80中均匀开设有多个第二通孔14，且支撑衬底30表面的侧边设置有2个焊盘区域90。
在制备过程中，在生长衬底(如蓝宝石等)表面生长半导体发光结构40(n 型半导体层43、发光层42及p型半导体层41)之后，在p型半导体层41表面沉积一层厚度为
Figure DEST_PATH_GDA0003149721880000075
的透明导电层20；之后在该透明导电层20表面沉积厚度为
Figure DEST_PATH_GDA0003149721880000076
的介电材料，并根据规则开孔；接着再在开孔后的介电材料表面沉积一层厚度为
Figure DEST_PATH_GDA0003149721880000081
的透明导电层20；最后沉积第一通孔13内的导电材料和金属反射层11(当第一通孔13内的导电材料和金属反射层11不同，先沉积第一通孔13内的导电材料，之后沉积金属反射层11；当第一通孔13内的导电材料和金属反射层11相同，则直接在形成有第一通孔13的介电材料表面沉积金属反射层11)，完成反射结构10的制备。接着，开设贯穿反射结构10、p 型半导体层41及发光层42将n型半导体层43的第二通孔14，并在第二通孔14 侧壁及金属反射层11表面沉积介电材料，在金属反射层11表面形成介电材料层 60；之后，在第二通孔14内进一步沉积与n型半导体层43连接的导电材料，并通过邦定金属将介电材料层60一侧邦定至支撑衬底30表面；最后，去除生长衬底，并对焊盘区域90的半导体发光结构40进行蚀刻，直至反射结构10的金属反射层11，在其表面形成p电极70，完成GaN基薄膜型结构LED芯片的制备。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种反射结构，其特征在于，所述反射结构中包括：金属反射层及设置于所述金属反射层表面由介电材料形成的介电反射层，所述介电反射层中包括填充有导电材料的第一通孔，且所述介电反射层中介电材料与导电材料的接触面之间、介电材料与金属反射层的接触面之间及介电反射层上表面均设置有透明导电层。
2.如权利要求1所述的反射结构，其特征在于，所述介电反射层上表面设置的透明导电层的厚度为
Figure DEST_PATH_FDA0003149721870000011
3.如权利要求1所述的反射结构，其特征在于，所述介电反射层中介电材料与导电材料的接触面之间、介电材料与金属反射层的接触面之间设置的透明导电层的厚度为
Figure DEST_PATH_FDA0003149721870000012
4.如权利要求1或2或3所述的反射结构，其特征在于，所述介电反射层的厚度为
Figure DEST_PATH_FDA0003149721870000013
5.如权利要求1或2或3所述的反射结构，其特征在于，所述金属反射层为Ag反射层或Al反射层，厚度为
Figure DEST_PATH_FDA0003149721870000014
6.如权利要求1或2或3所述的反射结构，其特征在于，所述介电反射层中第一通孔内填充的导电材料与金属反射层的材料相同。
7.一种GaN基薄膜型结构LED芯片，其特征在于，包括：
支撑衬底；
半导体发光结构，包括依次堆叠于所述支撑衬底表面的p型半导体层、发光层及n型半导体层；
于所述支撑衬底和半导体发光结构之间设置的如权利要求1～6任意一项所述的反射结构，所述介电反射层中介电材料与导电材料的接触面之间、介电材料与金属反射层的接触面之间及介电反射层与半导体发光结构的接触面之间均设置有透明导电层；及
设置于所述半导体发光结构表面的n电极。
8.如权利要求7所述的GaN基薄膜型结构LED芯片，其特征在于，所述介电反射层与半导体发光结构的接触面之间设置的透明导电层的厚度为
Figure DEST_PATH_FDA0003149721870000015
9.一种GaN基薄膜型结构LED芯片，其特征在于，包括：
支撑衬底，表面包括发光区域和焊盘区域，其中，
所述发光区域表面设置有：
半导体发光结构，包括依次堆叠于所述支撑衬底表面的p型半导体层、发光层及n型半导体层；
于所述支撑衬底和半导体发光结构之间设置的如权利要求1～6任意一项所述的反射结构，其中，金属反射层通过一介电材料层设置于所述支撑衬底表面，介电反射层设置于所述金属反射层表面，且所述介电反射层中介电材料与导电材料的接触面之间、介电材料与金属反射层的接触面之间及介电反射层与半导体发光结构的接触面之间均设置有透明导电层；及
填充有导电材料的第二通孔，所述第二通孔贯穿所述介电材料层、反射结构、p型半导体层及发光层将n型半导体层连接至支撑衬底，且所述第二通孔侧壁填充有介电材料；
所述焊盘区域表面依次设置有介电材料层、部分金属反射层及p电极。
10.如权利要求9所述的GaN基薄膜型结构LED芯片，其特征在于，所述介电反射层与半导体发光结构的接触面之间设置的透明导电层的厚度为
Figure DEST_PATH_FDA0003149721870000021
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