DE102005031612A1

DE102005031612A1 - LED mit einem omnidirektionalen Reflektor und einer transparenten, leitenden Schicht und omnidirektionaler Reflektor für eine LED

Info

Publication number: DE102005031612A1
Application number: DE102005031612A
Authority: DE
Inventors: Min-Hsun Hsieh; Ching-San Tao; Tzu-Feng Tseng; Jr-Peng Ni
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2004-07-12
Filing date: 2005-07-06
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2025-07-07
Also published as: US7326967B2; TWI299914B; DE102005031612B4; US20060006402A1; TW200603431A; JP2006032952A; JP4919624B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine LED mit einem omnidirektionalen Reflektor und mit einer transparenten, leitenden Schicht, und sie betrifft einen ODR für eine derartige LED. DOLLAR A Bei einer erfindungsgemäßen LED ist zwischen einer transparenten, leitenden Schicht (14) und einer metallischen Reflexionsschicht (12) eine Kohäsionsschicht (13) ausgebildet, um die Kohäsionskräfte zwischen den zwei zunächst genannten Schichten zu verbessern und das Reflexionsvermögen der LED zu erhöhen, wodurch der Lichtemissions-Wirkungsgrad der LED verbessert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine LED (Leuchtdiode) mit einem omnidirektionalen Reflektor (ODR) und einer transparenten, leitenden Schicht. Weiterhin betrifft die Erfindung einen ODR insbesondere für LEDs.
LEDs finden umfassende Anwendungen, z. B. bei optischen Displays, Verkehrszeichen, Datenspeichern, Kommunikationsgeräten, Beleuchtungsvorrichtungen und medizinischen Geräten. Für alle diese Anwendungen sind LEDs mit hoher Helligkeit und hohem Leuchtwirkungsgrad erwünscht.

In Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng. 4996 139 (2003) von Gessmann sind eine LED mit einem omnidirektionalen Reflektor und ein zugehöriges Herstellverfahren offenbart. Auf einem Saphirsubstrat wird ein GaN-LED-Stapel hergestellt, auf dem dann eine transparente, leitende Schicht und eine Ag-Schicht hergestellt werden, so dass insgesamt eine ODR-LED aus GaN/ITO/Ag gebildet ist, die über ein besseres Lichtreflexionsvermögen als eine bekannte GaN-LED-Struktur mit Stromverteilungsschichten aus Ni-Au verfügt, so dass eine hohe Helligkeit erzielt wird. Da jedoch die Ag-Schicht nicht gut an der ITO-Schicht anhaftet, treten bei der genannten Struktur Ablöseffekte auf. Außerdem kann die Helligkeit nicht so stark wie erwünscht erhöht werden, da das Reflexionsvermögen in ihr für Licht kurzer Wellenlänge, d. h. blaues Licht, gering ist.

Bei einer bekannten ODR-LED mit GaN/ITO-Ag-Struktur wird zwischen der ITO-Schicht und der Ag-Schicht auch eine Cr-Schicht hergestellt, um die Verbindung zwischen diesen Schichten zu verbessern. Da jedoch Cr die Eigenschaften der Lichtabsorption und schlechter Reflektivität zeigt, ist die Helligkeit einer derartigen ODR-LED verringert.

Insgesamt liegen bei der genannten Struktur somit die folgenden Nachteile vor: die ITO-Schicht und die Ag-Schicht haften nicht gut aneinander an; das Reflexionsvermögen für blaues Licht kurzer Wellenlänge ist schlecht und die Leuchtstärke bei dieser Helligkeit kann nicht effizient erhöht werden. Ferner zeigen LEDs mit ITO/Cr/Ag-Struktur oder ITO/Cr/Al-Struktur schlechte Lichtabsorption, geringe Reflektivität und geringe Helligkeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ODR-LED mit guter Helligkeit zu schaffen. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen ODR mit hohem Reflexionsvermögen insbesondere für LEDs zu schaffen.

Diese Aufgabe ist durch den ODR gemäß dem beigefügten Anspruch 1 und die ODR-LEDs gemäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen 2 und 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.

Diese LEDs verfügen über eine Kohäsionsschicht zwischen einer metallischen Reflexionsschicht (aus z. B. Ag) und einer transparenten, leitenden Schicht (z. B. aus ITO). Die Kohäsionskräfte zwischen der Kohäsionsschicht und der transparenten, leitenden Schicht sowie zwischen der Kohäsionsschicht und der Metallschicht sind beide besser als die Kohäsionskräfte zwischen der transparenten, leitenden Schicht und der Metallschicht, so dass der Nachteil geringer Anhaftung verbessert ist. Dadurch kann die ODR-LED auch ein höheres Reflexionsvermögen als eine bekannte ODR-LED mit einer Ni-Au-Stromverteilungsschicht aufweisen, wodurch die Helligkeit verbessert ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen ODR-LED verfügt über ein Substrat, auf dem eine Kleberschicht, eine metallische Reflexionsschicht, eine Kohäsionsschicht und eine transparente, leitende Schicht in dieser Reihenfolge ausgebildet sind, wobei die Oberfläche der letzteren über ein erstes und ein zweites Oberflächengebiet verfügt. Die ODR-LED verfügt ferner über eine auf dem ersten Oberflächengebiet hergestellte erste Kontaktschicht und eine erste Mantelschicht, eine Licht emittierende Schicht, eine zweite Mantelschicht, eine zweite Kontaktschicht und eine erste Leiterbahnelektrode, die in dieser Reihenfolge auf ihr hergestellt sind, sowie eine zweite Leiterbahnelektrode, die auf dem zweiten Oberflächengebiet hergestellt ist. Ferner kann zwischen dem Substrat und der Kleberschicht und/oder zwischen der Kleberschicht und der metallischen Reflexionsschicht eine Reaktionsschicht ausgebildet sein, wodurch die Kohäsionskräfte verbessert sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsformen näher erläutert.
1 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen einer Beziehung zwischen dem Reflexionsvermögen und der Wellenlänge einer ODR-LED mit ITO/Al oder ITO/Ag-Struktur. Wie es aus der 1 erkennbar ist, verfügt die LED für kurzes Licht geringer Wellenlänge über ein geringeres Reflexionsvermögen. Bei einer Wellenlänge von 445 nm beträgt das Reflexionsvermögen 0,53 bzw. 0,65. Demgemäß besteht bei den genannten Strukturen der Nachteil schlechter Helligkeit im Bereich kurzer Wellenlängen blauen Lichts.
2 ist ein der 1 entsprechendes Diagramm, jedoch für LEDs mit ITO/Cr/Ag- oder ITO/Cr/Al-Struktur. Wie es aus der 2 erkennbar ist, ist das Reflexionsvermögen niedriger als bei der 1 entsprechenden LEDs. Bei der genannten Wellenlänge von 445 nm liegt das Reflexionsvermögen für verschiedene Zusammensetzungen zwischen 0,27 und 0,58. Der Lichtemissions-Wirkungsgrad ist verschlechtert.
3 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen einer Beziehung zwischen dem Reflexionsvermögen und der Wellenlänge bei einer ODR-LED mit einer transparenten, leitenden Schicht, genauer gesagt, mit einer ITO/Kohäsionsschicht/Al- oder einer ITO/Kohäsionsschicht/Ag-Struktur. Wie es aus der 3 erkennbar ist, beträgt bei der genannten Wellenlänge von 445 nm das Reflexionsvermögen zwischen 0,79 und 0,94. Selbst bei einer Wellenlänge von 430 nm liegt das kleinste Reflexionsvermögen zwischen 0,75 und 0,90. Es ist erkennbar, dass das Reflexionsvermögen größer als bei einer LED mit ITO/Cr/Ag- oder ITO/Cr/Al-Struktur oder einer ODR-LED mit ITO/Al- oder ITO/Ag-Struktur ist. Ferner fällt selbst bei blauem Licht sehr kurzer Wellenlänge das Reflexionsvermögen nicht abrupt ab. Daher sind die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme eines schlechten Reflexionsvermögens und schlechter Helligkeit im Bereich kurzer Wellenlängen blauen Lichts verbessert.
4, 5 und 6 zeigen ein jeweiliges Diagramm einer jeweiligen Ausführungsform erfindungsgemäßer ODR-LEDs mit einer transparenten, leitenden Schicht.
Ausführungsform 1
Die in der 4 dargestellte Struktur einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen ODR-LED verfügt über ein Substrat 10 sowie eine Kleberschicht 11, eine metallische Reflexionsschicht 12, eine Kohäsionsschicht 13 und eine transparente, leitende Schicht 14, die in der genannten Reihenfolge auf diesem hergestellt sind, wobei die Oberfläche der transparenten, leitenden Schicht 14 über ein erstes und ein zweites Oberflächengebiet verfügt. Auf dem ersten Oberflächengebiet sind eine erste Kontaktschicht 15, eine erste Mantelschicht 16, eine Licht emittierende Schicht 17, eine zweite Mantelschicht 18, eine zweite Kontaktschicht 19 und eine erste Leiterbahnelektrode 8 in dieser Reihenfolge hergestellt. Auf dem zweiten Oberflächengebiet ist eine zweite Leiterbahnelektrode 9 hergestellt.
Ausführungsform 2
Das Diagramm der 5 zeigt eine Flipchip-LED als zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen ODR-LED. Diese Flipchip-LED verfügt über ein transparentes Substrat 110, an dessen Unterseite eine erste Kontaktschicht 111 ausgebildet ist, deren Bodenfläche über ein erstes und ein zweites Oberflächengebiet verfügt. Unter dem ersten Oberflächengebiet sind eine erste Mantelschicht 112, eine Licht emittierende Schicht 113, eine zweite Mantelschicht 114, eine zweite Kontaktschicht 115, eine transparente, leitende Schicht 14, eine Kohäsionsschicht 116 mit einem verteilten, geometrischen Muster, eine metallische Reflexionsschicht 12 und eine erste Leiterbahnelektrode 8 in der genannten Reihenfolge hergestellt. Unter dem zweiten Oberflächengebiet ist eine zweite Leiterbahnelektrode 9 hergestellt.
Ausführungsform 3
Die G zeigt ein Diagramm einer anderen Flipchip-LED als weiterer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen ODR-LED. Diese Flipchip-LED ist derjenigen der zweiten Ausführungsform ähnlich, jedoch mit dem Unterschied, dass das transparente Substrat nun aus einer Kombination eines einfachen transparenten Substrats und einer Kleberschicht besteht. Unter dem transparenten Substrat 110 sind eine Kleberschicht 11 und eine transparente, leitende Schicht 14 ausgebildet, deren Bodenfläche über ein erstes und ein zweites Oberflächengebiet verfügt. Unter dem ersten Oberflächengebiet sind eine erste Mantelschicht 112, eine Licht emittierende Schicht 113, eine zweite Mantelschicht 114, eine zweite Kontaktschicht 115, eine transparente, leitende Schicht 14, eine Kohäsionsschicht 116 mit einem verteilten, geometrischen Muster, eine metallische Reflexionsschicht 12 und eine erste Leiterbahnelektrode 8 in der genannten Reihenfolge hergestellt. Unter dem zweiten Oberflächengebiet ist eine zweite Leiterbahnelektrode 9 hergestellt.
Das Substrat besteht aus mindestens einem Material, das aus der aus GaAs, AlGaAs, GaAsP, GaP, Si, SiC, Metallen, Saphir, GaN, AlN, ZnO, MgO, Glas und anderen alternativen Materialien bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Das transparente Substrat besteht aus mindestens einem Material, das aus der aus GaP, SiC, Saphir, GaN, ZnO, MgO und anderen alternativen Materialien bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Die Kleberschicht besteht aus mindestens einem Material, das aus der aus PI, BCB, PFCB und anderen alternativen Materialien bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Die metallische Reflexionsschicht besteht aus mindestens einem Material, das aus der aus Al und Ag bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Die Kohäsionsschicht besteht aus mindestens einem Material, das aus der aus SiNx, SiO₂, SiO, TiO₂, Al₂O₃ und alternativen Materialien bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Die transparente, leitende Schicht besteht aus mindestens einem Material, das aus der aus Indiumzinnoxid, Cadmiumzinnoxid, Antimonzinnoxid, Zinkoxid und Zinnzinkoxid bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Die erste Kontaktschicht besteht aus mindestens einem Material, das aus der aus GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP, GaN, InGaN und AlGaN bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Die erste Mantelschicht besteht aus mindestens einem Material, das aus der aus AlGaInP, AlInP, AlN, GaN, AlGaN, InGaN und AlGaInN bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Die Licht emittierende Schicht besteht aus mindestens einem Material, das aus der aus AlGaInP, InGaP, GaN, AlGaN, InGaN und AlGaInN bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Die zweite Mantelschicht besteht aus mindestens einem Material, das aus der aus AlGaInP, AlInP, AlN, GaN, AlGaN, InGaN und AlGaInN bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Die zweite Kontaktschicht besteht aus mindestens einem Material, das aus der aus GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP, GaN, InGaN und AlGaN bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Die erste Kontaktschicht besteht aus mindestens einem Material, das aus der aus GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP, GaN, InGaN und AlGaN bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Die erste Mantelschicht besteht aus mindestens einem Material, das aus der aus AlN, GaN, AlGaN, InGaN und AlGaInN bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Die Licht emittierende Schicht besteht aus mindestens einem Material, das aus der aus GaN, AlGaN, InGaN und AlGaInN bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Die zweite Mantelschicht besteht aus mindestens einem Material, das aus der aus AlN, GaN, AlGaN, InGaN und AlGaInN bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Die zweite Kontaktschicht besteht aus mindestens einem Material, das aus der aus GaN, InGaN und AlGaN bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

Claims

Omnidirektionaler Reflektor mit: – einer transparenten, leitenden Schicht (14); – einer metallischen Reflexionsschicht (12) und – einer Kohäsionsschicht (13) zwischen diesen beiden Schichten.
ODR-LED mit: – einem Substrat (10); – einer metallischen Reflexionsschicht (12); – einer auf der metallischen Reflexionsschicht hergestellten Kohäsionsschicht (13); – einer auf der Kohäsionsschicht hergestellten transparenten, leitenden Schicht (14); – einem auf der transparenten, leitenden, Schicht hergestellten LED-Stapel (15 bis 19); und – einer zwischen dem Substrat und der metallischen Reflexionsschicht ausgebildeten Kleberschicht (11).
LED nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Substrat und der Kleberschicht und/oder zwischen der Kleberschicht und der metallischen Reflexionsschicht eine Reaktionsschicht ausgebildet ist.
LED nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsschicht aus mindestens einem Material besteht, das aus der aus SiNx, Ti und Cr bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
LED nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Substrat und der Kleberschicht eine erste Reaktionsschicht ausgebildet ist und zwischen der Kleberschicht und der metallischen Reflexionsschicht eine zweite Reaktionsschicht ausgebildet ist.
LED nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Reaktionsschicht aus mindestens einem Material besteht, das aus der aus SiNx, Ti und Cr bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
LED nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem LED-Stapel eine transparente, leitende Schicht ausgebildet ist.
LED nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente, leitende Schicht aus mindestens einem Material besteht, das aus der aus Indiumzinnoxid, Cadmiumzinnoxid, Antimonzinnoxid, Zinnoxid und Zinnzinkoxid bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
LED nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus mindestens einem Material besteht, das aus der aus GaN, AlN, ZnO, MgO, Glas und dergleichen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
LED nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der LED-Stapel die folgenden Schichten in der genannten Reihenfolge aufweist: – eine erste Kontaktschicht; – eine erste Mantelschicht; – eine Licht emittierende Schicht; – eine zweite Mantelschicht und – eine zweite Kontaktschicht.
Flipchip-LED mit einem omnidirektionalen Reflektor, mit: – einem transparenten Substrat (110) mit wahlweise einer Kleberschicht (11); – einem unter dem transparenten Substrat hergestellten LED- Stapel (111 bis 115); – einer transparenten, leitenden Schicht (14) unter dem LED-Stapel; – einer Kohäsionsschicht (116) mit einem verteilten geometrischen Muster unter der transparenten, leitenden Schicht; und – einer unter der Kohäsionsschicht ausgebildeten metallischen Reflexionsschicht (12).
ODR nach Anspruch 1 oder LED nach Anspruch 2 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente, leitende Schicht aus mindestens einem Material besteht, das aus der aus Indiumzinnoxid, Cadmiumzinnoxid, Antimonzinnoxid, Zinnoxid und Zinnzinkoxid bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
ODR nach Anspruch 1 oder LED nach Anspruch 2 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohäsionsschicht aus mindestens einem Material besteht, das aus der aus SiNx, SiO2, SiO, TiO2, Al2O3 und dergleichen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
ODR nach Anspruch 1 oder LED nach Anspruch 2 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Reflexionsschicht aus mindestens einem Material besteht, das aus der aus Al und Ag bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
LED nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Substrat aus mindestens einem Material besteht, das aus der aus GaP, SiC, Saphir, GaN, ZnO, MgO und dergleichen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
LED nach Anspruch 2 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kleberschicht aus mindestens einem Material besteht, das aus der aus PI, BCB, PFCB und dergleichen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
LED nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der LED-Stapel die folgenden Schichten in der genannten Reihenfolge aufweist: – eine erste Kontaktschicht; – eine erste Mantelschicht; – eine Licht emittierende Schicht; – eine zweite Mantelschicht und – eine zweite Kontaktschicht.
LED nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Kontaktschicht aus mindestens einem Material besteht, das aus der aus GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP, GaN, InGaN und AlGaN bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
LED nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Mantelschicht aus mindestens einem Material besteht, das aus der aus AlGaInP, AlInP, AlN, GaN, AlGaN, InGaN und AlGaInN bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
LED nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht emittierende Schicht aus mindestens einem Material besteht, das aus der aus AlGaInP, InGaP, GaN, AlGaN, InGaN und AlGaInN bestehenden Gruppe ausgewählt ist.