一种发光二极管

专利摘要:
本实用新型属于半导体领域，尤其涉及一种发光二极管，包括:衬底；层叠于所述衬底上第一半导体层、有源层和第二半导体层；设于所述第二半导体层上的透明导电层；设于所述第一半导体层的第一电极以及设于所述透明导电层的第二电极，所述透明导电层包括具有复数个凹陷的透射膜层和位于所述透射膜层上的透明膜层，所述凹陷内设置金属膜层。本实用新型针对透明导电层进行改善，增加整个透明导电层的透射率，并增加折射、透射的效果，从而进一步增强出光效率。
公开号:CN214336737U
申请号:CN202120426132.6U
申请日:2021-02-26
公开日:2021-10-01
发明作者:桂亮亮；杨健；蔡家豪；汪琴；汪玉；张家豪
申请人:Anhui Sanan Optoelectronics Co Ltd；
IPC主号:H01L33-44

专利说明:
[n0001] 本实用新型属于半导体领域，尤其涉及一种发光二极管。
[n0002] 发光二极管（Light Emitting Diode，LED）是一种半导体发光元件，它利用半导体PN结注入式电致发光原理制成。LED具有能耗低、体积小、寿命长、稳定性好、响应快和发光波长稳定等好的光电性能，目前已经在照明、家电、显 示屏、指示灯等领域有很好的应用。
[n0003] 目前LED芯片为改善电压、老化等电性，在LED作业过程中经常通过加厚透明导电层来解决以上缺陷，从而导致透射率低，同时由于透明导电层的厚度较厚，在氧化熔合反应中，下层的透明导电层会存在氧化不完全的现象，更容易影响透明导电层的透射率，使得发光二极管亮度无法达到高标准要求，因此如何进一步提高发光二极管的亮度一直是亟需解决的问题。
[n0004] 为进一步提高发光二极管的亮度，本实用新型提供一种发光二极管，包括:衬底；层叠于所述衬底上第一半导体层、有源层和第二半导体层；设于所述第二半导体层上的透明导电层；设于所述第一半导体层的第一电极以及设于所述透明导电层的第二电极，其特征在于：所述透明导电层包括具有复数个凹陷的透射膜层和位于所述透射膜层上的透明膜层，所述凹陷内设置金属膜层。
[n0005] 优选的，所述透射膜层至少包括两层子透射膜层，所述子透射膜层均具有凹陷，相邻两层子透射膜层的凹陷错位设置。
[n0006] 优选的，所述透射膜层的厚度范围为100～300埃，所述透明膜层的厚度范围为200～1000埃。
[n0007] 优选的，所述透明膜层的厚度不小于所述透射膜层的厚度。
[n0008] 优选的，所述凹陷的形状为圆形、椭圆形或多边形。
[n0009] 优选的，所述凹陷尺寸为纳米尺度，凹陷的深度范围为50～100埃。
[n0010] 优选的，所述金属膜层沿所述凹陷的内壁均匀分布。
[n0011] 优选的，所述金属膜层的厚度范围为20～30埃。
[n0012] 优选的，所述金属膜层为铝膜层、银膜层中的一种或者两种的组合。
[n0013] 优选的，所述透明膜层和透射膜层为氧化铟锡层、氧化锌层、氧化锌铟锡层、氧化铟锌层、氧化锌锡层、氧化镓铟锡层、氧化镓铟层、氧化镓锌层、掺杂铝的氧化锌层或掺杂氟的氧化锡层中的一种或者几种的组合。
[n0014] 本实用新型针对透明导电层进行改善，给予透明导电层较高的厚度，以此获得低电压，同时，通过在透明导电层内部设置凹陷，该凹陷结构不会影响透明导电层的整体厚度，但却增加了整个透明导电层的透射率，减少透明导电层对出射光的吸收，有效提高透射率，进而提高LED芯片的发光功率；并且配合凹陷内的金属膜层，以改变出光路径，增加折射、透射的效果，从而进一步增强出光效率。
[n0015] 图1为本实用新型之实施例1的结构示意图。
[n0016] 图2为本实用新型之实施例2的结构示意图。
[n0017] 附图标注： 10、衬底；20、第一半导体层；30、有源层；40、第二半导体层； 50、透明导电层；51、透射膜层；511、子透射膜层；52、透明膜层；60、第一电极；70、第二电极；80、凹陷；90、金属膜层。
[n0018] 下面结合示意图对本实用新型的发光二极管的结构进行详细的描述，在进一步介绍本实用新型之前，应当理解，由于可以对特定的实施例进行改造，因此，本实用新型并不限于下述的特定实施例。还应当理解，由于本实用新型的范围只由所附权利要求限定，因此所采用的实施例只是介绍性的，而不是限制性的。除非另有说明，否则这里所用的所有技术和科学用语与本领域的普通技术人员所普遍理解的意义相同。
[n0019] 透明导电层50的厚度对LED芯片电压及亮度有重要影响。越厚的透明导电层50可以获得低电压但是会吸光，越薄的透明导电层50可以获得更高亮度但是电压较高。目前常规的工艺制程一般是在电压与亮度电性参数之间做取舍，选择适中的透明导电层50的厚度作为沉积参数。而本实用新型能做到在保证透明导电层50具有较高厚度、降低电压的同时，最大程度的减小吸光问题，有效提高透射率，从而提升亮度，具体如下：
[n0020] 实施例1：
[n0021] 图1为本实用新型的实施例1。如图所示，一种发光二极管，包括:衬底10；层叠于衬底10上第一半导体层20、有源层30和第二半导体层40；设于第二半导体层40上的透明导电层50；设于第一半导体层20的第一电极60以及设于透明导电层50的第二电极70，其特征在于：透明导电层50包括具有复数个凹陷80的透射膜层51和位于透射膜层51上的透明膜层52，凹陷80内设置金属膜层90。
[n0022] 其中，衬底10的材料是选自Al₂O₃、SiC、GaAs、GaN、AlN、GaP、Si、ZnO、MnO及上述的任意组合中择其中之一。可以对衬底10进行图形化处理，改变光的传播路径，提升发光元件的出光效率。
[n0023] 第一半导体层20或第二半导体层40分别为n或p型掺杂，n型掺杂有诸如Si、Ge、或者Sn的n型掺杂物，p型掺杂有诸如Mg、Zn、Ca、 Sr、或者Ba的p型掺杂物，也不排除其他的元素等效替代的掺杂。第一半导体层20或第二半导体层40可以为氮化镓基、砷化镓基、磷化镓基材质。
[n0024] 有源层30为能够提供光辐射的材料，具体的辐射波段介于550～950nm，如红、黄、橙、红外光，有源层30可以为单量子阱结构或多量子阱结构。
[n0025] 为了提高生长质量和性能，还可以在衬底10和第一半导体层20之间生长缓冲层（图中未显示），以及第一半导体层20和有源层30之间生长应力释放层（图中未显示），以及有源层30和第二半导体层40之间生长电子阻挡层（图中未显示），具体根据生产需要而定。
[n0026] 透明导电层50，用于扩展电流，其覆盖于部分的第二半导体层40上，透明导电层50的面积小于第二半导体层40的面积。本实施例的透明导电层50包括一层透明膜层52和一层透射膜层51，凹陷80均匀或者非均匀设置于透射膜层51的上表面，透明膜层52覆盖于透射膜层51上。透明导电层50具有较高的厚度，其厚度范围设置为300～2000埃，以改善电压、老化等电性问题，其中，透射膜层51的厚度范围为100～300埃，透明膜层52的厚度范围为200～1000埃，透明膜层52的厚度不小于透射膜层51的厚度。透明膜层52和透射膜层51为氧化铟锡层、氧化锌层、氧化锌铟锡层、氧化铟锌层、氧化锌锡层、氧化镓铟锡层、氧化镓铟层、氧化镓锌层、掺杂铝的氧化锌层或掺杂氟的氧化锡层中的一种或者几种的组合。透明膜层52和透射膜层51选用的材料可相同可不相同，具有不同材料的透明膜层52和透射膜层51，可通过折射率的匹配，进一步提高折射、透射的效果，增强出光效率。
[n0027] 透射膜层51的凹陷80尺寸为纳米尺度，凹陷80的深度范围为50～100埃，能避免沉积透明膜层52的过程中将凹陷80填充，同时保障凹陷80内处于真空状态。凹陷80的形状为圆形、椭圆形或多边形，该凹陷80可利用网筛工艺制作形成，凹陷80的占比可根据选择具有适当筛眼的网筛来实现。通过设置凹陷80能相对减小透射膜层51的厚度，来增加整个透明导电层50的透射率，减少透明导电层50对出射光的吸收，提高LED芯片的发光功率，同时由于光在真空中透射效率最优，有利于光的传输，从而进一步提升透射率，提升整体亮度。
[n0028] 凹陷80内设有金属膜层90，以改变出光路径，增加折射、透射的效果，从而进一步增强出光效率。金属膜层90可直接设置于凹陷80内或者沿凹陷80的内壁均匀分布，相较于直接设置于凹陷80内，沿凹陷80的内壁均匀分布的金属薄膜层90出光效率更优。除此之外，金属膜层90的厚度范围为20～30埃，高厚度的金属膜层90虽然能起到折射作用，但同样存在吸光的缺陷，因此需要限定金属膜层90的厚度，以保障提高折射、透射的作用同时，能避免金属的吸光。金属膜层90的材料选用铝、银中的一种或者两种的组合，以形成铝膜层或者银膜层或者银/铝膜层，确保在具有良好导电功能的基础上，达到增透的效果。
[n0029] 实施例2：
[n0030] 图2为本实用新型的实施例2。本实施例的发光二极管，与实施例1的区别在于，透射膜层51以多层结构形成。本实施例中示出的透射膜层51包括两层子透射膜层511。关于子透射膜层511的层数，可根据实际情况设置，通过针对透明膜层52以及透射膜层51的每层子透射膜层511的厚度进行相应的减薄或者增厚，以保证整体的透明导电层50处于厚度合理的范围内，透明导电层50优选厚度范围设置为300～2000埃；而针对透明膜层52厚度的考量，也可设置成将下层的透射膜层51覆盖即可。
[n0031] 每层子透射膜层511的上表面均均匀或者非均匀设置复数个凹陷80，凹陷80不贯穿透射膜层51。该凹陷80可利用网筛工艺制作形成，凹陷80的占比可根据选择具有适当筛眼的网筛来实现。相邻两层子透射膜511层的凹陷80错位设置，整体提升了凹陷80在透射膜层51内的占比，进一步提升透光率，有效利用了整个透明导电层50所有的面积。
[n0032] 本实用新型针对透明导电层50进行改善，给予透明导电层50较高的厚度，以此获得低电压，同时，通过在透明导电层50内部设置凹陷80，该凹陷80结构不会影响透明导电层50的整体厚度，但却增加了整个透明导电层50的透射率，减少透明导电层50对出射光的吸收，有效提高透射率，进而提高LED芯片的发光功率；并且配合凹陷80内的金属膜层90，以改变出光路径，增加折射、透射的效果，从而进一步增强出光效率。
[n0033] 应当理解的是，上述具体实施方案为本实用新型的优选实施例，本实用新型的范围不限于该实施例，凡依本实用新型所做的任何变更，皆属本实用新型的保护范围之内。

权利要求:
Claims (10)
[0001] 1.一种发光二极管，包括：衬底；层叠于所述衬底上第一半导体层、有源层和第二半导体层；设于所述第二半导体层上的透明导电层；设于所述第一半导体层的第一电极以及设于所述透明导电层的第二电极，其特征在于：所述透明导电层包括具有复数个凹陷的透射膜层和位于所述透射膜层上的透明膜层，所述凹陷内设置金属膜层。
[0002] 2.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于：所述透射膜层至少包括两层子透射膜层，所述子透射膜层均具有凹陷，相邻两层子透射膜层的凹陷错位设置。
[0003] 3.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于：所述透射膜层的厚度范围为100～300埃，所述透明膜层的厚度范围为200～1000埃。
[0004] 4.根据权利要求3所述的一种发光二极管，其特征在于：所述透明膜层的厚度不小于所述透射膜层的厚度。
[0005] 5.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于：所述凹陷的形状为圆形、椭圆形或多边形。
[0006] 6.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于：所述凹陷尺寸为纳米尺度，凹陷的深度范围为50～100埃。
[0007] 7.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于：所述金属膜层沿所述凹陷的内壁均匀分布。
[0008] 8.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于：所述金属膜层的厚度范围为20～30埃。
[0009] 9.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于：所述金属膜层为铝膜层、银膜层中的一种或者两种的组合。
[0010] 10.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于：所述透明膜层和透射膜层为氧化铟锡层、氧化锌层、氧化锌铟锡层、氧化铟锌层、氧化锌锡层、氧化镓铟锡层、氧化镓铟层、氧化镓锌层、掺杂铝的氧化锌层或掺杂氟的氧化锡层中的一种或者几种的组合。

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同族专利:

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公开号 | 公开日

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引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2021-10-01| GR01| Patent grant|

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2021-10-01| GR01| Patent grant|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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CN202120426132.6U|CN214336737U|2021-02-26|2021-02-26|一种发光二极管|CN202120426132.6U| CN214336737U|2021-02-26|2021-02-26|一种发光二极管|