[实用新型]一种具有散射结构的发光二极管及照明系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种发光二极管及照明系统，尤其是涉及一种具有散射结构的发光二极管及照明系统。 

背景技术

发光二极管（英文为Light Emitting Diode，简称LED）是一种半导体发光器件，被广泛用于指示灯、显示屏等。白光LED是继白炽灯和日光灯之后的第三代电光源，已成为世界各地光源和灯具研究机构竞相开发、努力获取的目标，是未来照明领域的明星行业。白光LED的能耗仅为白炽灯的1/8，荧光灯的1/2，其寿命可长达10万小时，对于普通家庭照明可谓“一劳永逸”。同时还可实现无汞化，回收容易，这对于环境保护和节约能源具有重要意义。 

LED 的外量子效率由内量子效率和光提取效率决定，经过多年的努力，如今内量子效率已经接近100％，提升的空间有限，因此光提取效率很大程度上取决于LED 的发光效率。为此，改善LED发光效率的研究较为活跃，主要技术有采用图形衬底技术、分布电流阻隔层（也称电流阻挡层）、分布布拉格反射层（英文为Distributed Bragg Reflector，简称DBR）结构、透明衬底、表面粗化、光子晶体技术等。 

参见图1，在常规正装发光二极管结构中，包括衬底100，由下往上堆叠的N型层101、发光区102、P型层103、电流扩展层104、P电极105以及设置在N型层101裸露表面上的N电极106。由于P电极106（通常为Cr/Pt/Au材料）对光有吸收作用，使得发光层发出的部分光线未能发射出来，造成光损失，影响芯片的发光效率。 

发明内容

本实用新型提供了一种具有散射结构的LED，其通过在LED的外延层与P电极之间增设粗化透光层和反射层，形成散射结构，可以有效地取出发光层发出的光线，减少P电极的吸光现象，从而增加出光效率。 

本实用新型公开的一种具有散射结构的发光二极管，包括：衬底；外延层，位于所述衬底上，其中外延层包含P型层、发光区和N型层；P电极，位于P型层之上；其特征在于：一散射结构形成于所述P电极与所述外延层之间，由粗化透光层和第一反射层构成，其几何尺寸在垂直方向上不大于P电极的尺寸，其中所述粗化透光层与外延层接触的下表面呈粗化状，所述粗化透光层与所述第一反射层接触的上表面呈平整状。 

在一些实施例中，所述发光二极管还包括位于衬底之下的第二反射层或者介于衬底与外延层之间的第二反射层。 

在一些实施例中，所述粗化透光层，可以选用低折射率材质，如SiO₂或Al₂O₃等绝缘介质，也可以选用ITO等导电材料，此外，粗化透光层的折射率尽可能小于P型层的折射率。 

在一些实施例中，所述粗化透光层还可以掺入散射剂或具有散射作用的物质。 

在一些实施例中，所述第一反射层可为分布布拉格反射层或金属反射层。 

在一些实施例中，所述第二反射层可为分布布拉格反射层或金属反射层或全方位反射层。 

在一些实施例中，所述分布布拉格反射层由交替的高折射率和低折射率材料层组成，高折射率层材料选自TiO、TiO₂、Ti₃O₅、Ti₂O₃、Ta₂O₅、ZrO₂或前述的任意组合之一，低折射率层材料选自SiO₂、SiN_x、Al₂O₃或前述的任意组合之一。 

在一些实施例中，所述金属反射层可以选用Al或者Ag或者Ni。 

在一些实施例中，所述衬底可选用GaP或者GaAs或者Al₂O₃或者SiC或者Si。 

本实用新型还公开了一种照明系统，其包含了所述的一种散射结构的发光二极管的任意一种特点。 

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是： 

（1）本实用新型通过在LED的外延层与P电极之间增设粗化透光层和反射层，形成散射结构，使得发光层发出的一部分的光线经过散射结构的一次反射便从侧面出射，也可以使得另一部分原本要射向P电极的光线经过第二反射层的双重反射后向上出射，进而提升芯片的光取出效率；

（2）由绝缘介质组成的粗化透光层兼具电流阻挡的作用，减少芯片电极下方的电流积聚，进一步提高了芯片的发光效率；由导电介质组成的粗化透光层兼具电流扩散的作用，既可以提高出光率，又可降低工作电压。