一种具有背镀结构的发光二极管制造技术

本实用新型专利技术公开了一种具有背镀结构的发光二极管，包括p电极、n电极和具有非出光面与出光面的衬底，在衬底的出光面上顺序设有n型GaN层、量子阱、p型GaN层和铟锡氧化物层和钝化层，p电极位于铟锡氧化物层的上表面，n电极位于n型GaN层7的上表面，所述的衬底的非出光面上设置有布拉格反射层，该布拉格反射层由三氧化二铝层和二氧化钛层交替排列组成，且相邻的三氧化二铝层和二氧化钛层之间相互贴覆；三氧化二铝层的折射率小于二氧化钛层的折射率。该结构的发光二极管可以提高LED的光提取效率。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于半导体照明器件，具体来说，涉及一种具有背镀结构的发光二极管。
技术介绍
近年来，氮化镓(化学式为GaN)基LED (发光二极管，英文全称“Light EmittingDiode”，简称“LED”)发展迅猛.以LED为核心的半导体照明光源，未来将取代白炽灯、荧光灯而成为新一代照明光源。氮化镓基LED结构如图I所示，包括p电极、量子阱、钝化层、 铟锡氧化物层、P型GaN层、n电极、n型GaN层和衬底。然而，LED目前仍存在发光效率低、成本高、可靠性差等问题，并且商用白光LED的发光效率还较低，因此限制了它迈向照明以及其它应用领域的速度。LED作为一种光源，衡量它的一个重要指标就是光电转换效率或发光效率。提高LED发光效率的两个基本出发点就是提高其内量子效率和外量子效率。LED的外量子效率n =nin* Crai，式中，nin是内量子效率；Crai是光提取效率。由于GaN基led的光提取效率非常低，而内量子效率已经可以达到很高的水平，所以提高LED的光提取效率成为提高LED外量子效率亦即发光效率的关键。对于传统的蓝宝石衬底GaN基LED而言，造成光提取效率非常低的原因是多方面的，包括晶格缺陷对光的吸收、衬底对光的吸收、内部(重复)吸收、电极的阻挡、特别是LED发射的光线在出射过程中，由于在芯片与封装用胶之间的全反射造成的光损失等原因，以致仅有4%的光线能从LED表面出射，而大部分的光则被限制在LED内部，最终变成热损耗，从而导致极低的光提取效率。因此，如何提高LED的光提取效率是半导体照明领域中最亟待解决的研究课题之一。
技术实现思路
技术问题本技术所要解决的技术问题是提供一种具有背镀结构的发光二极管，提高LED的光提取效率。技术方案为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是一种具有背镀结构的发光二极管，包括p电极、n电极和具有非出光面与出光面的衬底，在衬底的出光面上顺序设有n型GaN层、量子阱、p型GaN层和铟锡氧化物层和钝化层，P电极位于铟锡氧化物层的上表面，n电极位于n型GaN层的上表面，所述的衬底的非出光面上设置有布拉格反射层，该布拉格反射层由三氧化二铝层和二氧化钛层交替排列组成，且相邻的三氧化二铝层和二氧化钛层之间相互贴覆；三氧化二铝层的折射率小于二氧化钛层的折射率。所述的具有背镀结构的发光二极管，还包括金属反射层，该金属反射层位于布拉格反射层的外表面。有益效果与现有技术相比，本技术具有以下有益效果I. LED的光提取效率高。现有技术中，仅有4%的光线能从LED表面出射，而大部分的光则被限制在LED内部，最终变成热损耗。而本技术的技术方案中，在发光二极管衬底的非出光面上设置有布拉格反射层，能够将射向芯片底部的光利用布拉格反射原理反射回上表面，布拉格反射层的反射率可达90%以上，从而提高LED外量子效率，进而提高LED的光提取效率高。2.具有良好的导热性，有利于LED芯片的散热。本技术的技术方案中，在布拉格反射层的外表面可设置一金属反射层。金属反射层可以进一步提高反射率。另外，金属反射层具有良好的导热性，有利于LED芯片的散热。尤其对于大功率LED而言,金属反射层对改善LED的散热性具有重要价值。附图说明图I为现有技术中蓝宝石衬底的氮化镓基LED结构示意图。图2为本技术的结构示意图。图3为本技术的一种改进结构示意图。图4为图2的布拉格反射层的结构示意图，位于上方的两条箭头线表示入射光线和反射光线。图5为图3的布拉格反射层和金属层的结构不意图，位于上方的两条箭头线表不入射光线和反射光线。图中有p电极I、量子阱2、钝化层3、IT04、p型GaN层5、n电极6、n型GaN层7、衬底8、布拉格反射层9、三氧化二招层91、二氧化钛层92、金属反射层10。具体实施方式以下结合附图，对本技术的技术方案进行详细说明。如图2所示，本技术的一种具有背镀结构的发光二极管，包括p电极I、n电极6和具有非出光面与出光面的衬底8，在衬底8的出光面上顺序设有n型GaN层7、量子阱2、p型GaN层(GaN为氮化镓的化学式)5和铟锡氧化物层4和钝化层3，p电极I位于铟锡氧化物层4的上表面，n电极6位于n型GaN层7的上表面。衬底8的非出光面上设置有布拉格反射层9。衬底8采用蓝宝石、砷化镓、碳化硅或者硅材料制成。布拉格反射层9由三氧化二铝层91和二氧化钛层92交替排列组成，且相邻的三氧化二铝层91和二氧化钛层92之间相互贴覆。三氧化二铝层91的折射率小于二氧化钛层92的折射率。也就是说，如图4所示，第一个三氧化二铝层91贴覆于衬底8的非出光面，再将第一个二氧化钛层92贴覆于第一个三氧化二铝层91的外表面，接着将第二个三氧化二铝层91贴覆于第一个二氧化钛层92的外表面，然后将第二个二氧化钛层92贴覆于第二个三氧化二铝层91的外表面，……，以此循环。当然，也可以是先将第一个二氧化钛层92贴覆于衬底8的非出光面，再将第一个三氧化二铝层91贴覆于第一个二氧化钛层92的外表面，接着将第二个二氧化钛层92贴覆于第一个三氧化二铝层91的外表面，然后将第二个三氧化二铝层91贴覆于第二个二氧化钛层92外表面，……，以此循环。布拉格反射层9中的三氧化二铝层91和二氧化钛层92的层数相同，三氧化二铝层91和二氧化钛层92各为I层一20层。也就是说，三氧化二铝层91和二氧化钛层92交替排列I次一20次，例如可以是I次，5次、8次、10次、15次、18次或者20次。三氧化二铝层91的光学厚度和二氧化钛层92的光学厚度分别为反射光波长的1/4。也即，三氧化二铝层91的光学厚度是入射光波长的1/4除以三氧化二铝层91的折射率，二氧化钛层92的光学厚度是入射光波长的1/4除以二氧化钛层92的折射率。进一步，如图3和图5所示，所述的具有背镀结构的发光二极管还包括金属反射层10,该金属反射层10位于布拉格反射层9的外表面。在布拉格反射层9的外表面设置一金属反射层10。布拉格反射层9和金属反射层10都能提高反射率，而金属反射层10的导热性良好，所以具有良好的导热性。布拉格反射层9和金属反射层10的组合，对LED出射光的对应波段具有高反射率和良好的导热性，对改善大功率LED的散热特性具有重要价值。所述的金属反射层10的厚度在50 nm 一300 nm之间。该金属反射层10由招制成。当然，还可以选择其他金属材料，例如银。但是使用银材质时，则需在银上再镀一层金属镍防止银的硫化，或采取其它防硫化措施。本技术在现有的发光二极管的衬底8的非出光面上增加设置布拉格反射层9，布拉格反射层9由三氧化二铝层91和二氧化钛层92两种材料交替组合而成。布拉格反·射层9可将原本被芯片底部吸收的光重新反射回LED，从而可显著提高LED的出光效率。LED的有源区发出的光是向上、下两个表面出射的，而封装好的LED是“单向”发光，因此有必要将射向芯片底部的光反射或直接出射。本技术的发光二极管中，当入射光射入后，布拉格反射层9能够将射向芯片底部的光利用布拉格反射原理反射回上表面，从而提高LED外量子效率。布拉格反射层9中的三氧化二铝层91的光学厚度和二氧化钛层92的光学厚度分别为反射光波长的1/4。布拉格反射层9是一种四分之一波长的多层结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有背镀结构的发光二极管，包括p电极（1）、n电极（6）和具有非出光面与出光面的衬底（8），在衬底（8）的出光面上顺序设有n型GaN层（7）、量子阱（2）、p型GaN层（5）和铟锡氧化物层（4）和钝化层（3），p电极（1）位于铟锡氧化物层（4）的上表面，n电极（6）位于n型GaN层（7）的上表面，其特征在于，所述的衬底（8）的非出光面上设置有布拉格反射层（9），该布拉格反射层（9）由三氧化二铝层（91）和二氧化钛层（92）交替排列组成，且相邻的三氧化二铝（91）层和二氧化钛层（92）之间相互贴覆；三氧化二铝层（91）的折射率小于二氧化钛层（92）的折射率。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张雄，陈洪钧，许洁，崔一平，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：实用新型
国别省市：