CN111341895A - 一种发光二极管 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种发光二极管，本发明在p电极层上设置有电流调节层，所述电流调节层包括依次设置于p型电极层上的绝缘层和附加电极层。其利用电流调节层实现电场强度的控制，以此来控制p电极层端的中间区域电流和边缘区域电流的均匀化，解决了p电极层的电流过于集中而导致的发光效率低，使用寿命短的问题。

Description

一种发光二极管
技术领域
本发明涉及电致发光技术领域，具体涉及一种发光二极管。
背景技术
图1为现有发光二极管的结构示意图。如图1所示，发光二极管的结构包括依次设置在蓝宝石衬底上的n型GaN半导体层、发光层和p型GaN半导体层，在所述p型GaN半导体层上具有p电极层，在所述n型GaN半导体层上具有n电极层。发光二极管的发光原理为：在电场作用下，空穴由p电极层注入到发光层的价带并向n电极层迁移，电子由n电极层注入到发光层的导带并向p电极层迁移。空穴和电子注入到发光层的价带和导带能级时在库仑力作用下形成激子(电子-空穴对)，激子态的电子发生辐射跃迁，能量以光子形式释放，从而实现电致发光。
发光强度与电子和空穴的浓度的乘积成正比，当电子和空穴浓度相同时，发光强度最大；当电子和空穴的浓度相差越大时，发光强度越小，且多余的载流子会造成焦耳热，缩短器件的寿命。图1中p电极端的焊球21与n电极端的焊球22分别电连接p电极层和n电极层，但是由于电极的中心效应，会导致p电极层侧的电流向中心聚集(如图1所示的箭头所指)，因而会导致电子和空穴注入不平衡，从而影响了有机电致发光二极管的发光效率和寿命。
发明内容
基于解决上述问题，本发明提供了一种发光二极管，包括蓝宝石衬底以及在蓝宝石衬底上依次设置的n型GaN半导体层、发光层和p型GaN半导体层，在所述p型GaN半导体层上具有p电极层，在所述n型GaN半导体层上具有n电极层；其特征在于，在p电极层上设置有电流调节层，所述电流调节层包括依次设置于p型电极层上的绝缘层和附加电极层；其中，所述绝缘层的上表面具有一凹形，所述附加电极层至少具有填充所述凹形的第一部分。
其中，还包括设置于所述p电极层与所述p型GaN半导体层之间的电流扩展层。
其中，所述绝缘层包括氧化硅、氮化硅和氧化钛中的至少两个，其为上述至少两个的周期性交替叠层结构。
其中，所述凹形为弧形凹面，其中，中间区域的深度大于周边区域的深度。
其中，所述凹形为阶梯形凹面，其中，中间区域的深度大于周边区域的深度。
其中，所述凹形包括多个环形槽，所述多个环形槽的间距由内而外逐渐扩大。
本发明还提供了另一种发光二极管，包括蓝宝石衬底以及在蓝宝石衬底上依次设置的n型GaN半导体层、发光层和p型GaN半导体层，在所述p型GaN半导体层上具有p电极层，在所述n型GaN半导体层上具有n电极层；其特征在于，在p电极层上设置有电流调节层，所述电流调节层包括依次设置于p型电极层上的绝缘层和附加电极层；其中，所述绝缘层的中间部分的介电常数小于边缘部分的介电常数。
其中，所述绝缘层包括中间部分的第一材料和围绕所述中间部分的第二材料。
其中，所述绝缘层的介电常数从中心部分至边缘部分呈线性递增。
本发明的优点如下：本发明利用电流调节层实现电场强度的控制，以此来控制p电极层端的中间区域电流和边缘区域电流的均匀化，解决了p电极层的电流过于集中而导致的发光效率低，使用寿命短的问题。
附图说明
图1为现有技术的发光二极管的剖视图；
图2为第一实施例的发光二极管的剖视图；
图3为第二实施例的发光二极管的剖视图；
图4为第三实施例的发光二极管的剖视图；
图5为第四实施例的发光二极管的剖视图；
图6为第五实施例的发光二极管的剖视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的发光二极管目的在于克服现有技术中的p电极层端的电流过于集中而导致的发光效率低，使用寿命短的问题。本发明采用的技术手段是利用电流调节层来实现电流的均匀分布。
第一实施例
本实施例提供了一种发光二极管，如图2所示，包括依次设置在蓝宝石衬底上的的n型GaN半导体层、发光层和p型GaN半导体层，在所述p型GaN半导体层上具有p电极层，在所述n型GaN半导体层上具有n电极层，发光二极管还包括设置于所述p电极层与所述p型GaN半导体层之间的电流扩展层(未示出)，其用于电流扩展，可以防止电流集中。
在p电极层上设置有电流调节层10，所述电流调节层10包括依次设置于p型电极层上的绝缘层1和附加电极层2；其中，所述绝缘层1的上表面具有一凹形，所述附加电极层2至少具有填充所述凹形的第一部分。所述凹形为弧形凹面，其具有固定的曲率半径，其中，中间区域的深度大于周边区域的深度；当在附加电极层2上施加和p电极层相反的电压时，这样的设置可以使得在所述中间区域的电场强于周边区域的电场，进而使得中间区域的电流强度减弱，分流至周边区域，从而实现电流的均匀化，防止电子和空穴的注入失衡。
在此基础上，所述绝缘层1包括氧化硅、氮化硅和氧化钛中的至少两个，其为上述至少两个的周期性交替叠层结构。例如，其可以是氧化硅和氮化硅的叠层，其具有至少三个周期性的重复结构，也可以是氧化硅、氮化硅和氧化钛的叠层，这三者为一个重复性单元，该重复性单元的数量大于等于两个。如此设置可以增强其对光的反射，实现光出射率的提高。
此处，优选绝缘层1的厚度在50-300nm范围内。
所述p电极层的材质为透明导电材料，例如掺氟氧化锡(简称FTO)、氧化铟锌(简称IZO)、氧化铟锡(简称ITO)等中的至少一种。所述附加电极层1的材料可以为金属单质如铝(Al)、银(Ag)、镁(Mg)、金(Au)、钼(Mo)、铬(Cr)、锂(Ti)、铜(Cu)、合金等，其材料可以和所述n电极相同。优选附加电极层2的厚度在2～200nm范围内。
此外，对于发光层的发光材料不进行限定，可以包括量子点发光材料，此时发光二极管为量子点发光二极管，也可以包括有机电致发光材料，此时发光二极管为有机电致发光二极管。
当发光层包括量子点发光材料时，量子点可以为II-VI族或III-V化合物半导体纳米晶，如砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)、碲化镉(CdTe)、锌化镉(ZnSe)、硒化镉(CdSe)、硫化汞(HgS)、氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS)、锑化铟(InSb)、碲化锌(ZnTe)、砷化铟(InAs)、磷化铟(InP)或由半导体纳米晶组合而成的核壳结构纳米晶和合金纳米晶，例如以CdSe为核、CdS为壳层的量子点，此处可以根据需要发出的光的颜色选择相应的量子点。
当发光层包括有机电致发光材料时，有机电致发光材料例如可以为聚苯撑乙烯(PPV)、聚苯撑乙烯衍生物、二唑衍生物、三芳胺衍生物、葱衍生物、1,3-丁二烯衍生物、DCM(4-二氰基甲基-2-甲基-6-(p-二甲胺基苯乙烯)H-吡喃)、二唑吡啶衍生物、苝类、芳基取代蒽类、芴类中的至少一种，此处可以根据需要发出的光的颜色选择相应的有机电致发光材料。
此处，优选发光层的厚度在10～100nm范围内。
对p电极层和附加电极层2上分别施加相反的电压，由此在中间区域形成较强的电场，而在周边区域形成较弱的电场，该电场均为反向电场，以此使得p电极层的电流均匀分布，可以参见图2的箭头部分。
此外，可以利用真空镀膜、光刻胶剥离(Lift off)、微钠加工或3D打印等方法形成具有弧形凹形的绝缘层1，然后利用真空镀膜、CVD、PVD等方法形成附加电极层2，以此附加电极层2填充所述弧形凹槽。所述弧形凹形为球形弧面、椭球形弧面。
第二实施例
参见图3，该实施例的结构与第一实施例的结构相类似，与之区别的是，其凹形的具体形状不同。本实施例的凹形是阶梯形凹面，其中，中间区域的深度大于周边区域的深度。其绝缘层1包括氧化硅、氮化硅和氧化钛中的至少两个，其为上述至少两个的周期性交替叠层结构。所述阶梯形凹面具有不同深度的阶梯，其通过依次电镀氧化硅、氮化硅和氧化钛的至少两个，然后进行不同开口宽度的蚀刻实现该阶梯形状。
第三实施例
参见图4，在该实施例中，附加电极层2为多个环形的中心对称结构，其完全嵌入于所述绝缘层1中。本实施例的所述多个环形槽的间距由内而外逐渐扩大，由此使得周边区域的电场线密度小于中间区域的电场线密度，以此来实现电流的均匀化。该实施例可以通过在所述绝缘层1中蚀刻多个环形槽，然后用导电材料填充所述多个环形槽。
第四实施例
参见图5，该实施例中，所述绝缘层1包括不同的成分，其中间区域的材料成分的介电常数小于边缘区域的材料成分的介电常数，例如，中间区域的材料11为氮化硅，而边缘区域的材料12为氧化硅。其中，边缘区域的材料12围绕所述中间区域的材料11一周。
第五实施例
参见图6，所述绝缘层1的介电常数从中心部分至边缘部分呈线性递增。该线性递增可以通过对例如氮化硅或氧化硅的基体材料进行逐渐的氧或碳的掺杂实现。
本发明中使用的表述“示例性实施例”、“示例”等不是指同一实施例，而是被提供来着重描述不同的特定特征。然而，上述示例和示例性实施例不排除他们与其他示例的特征相组合来实现。例如，即使在另一示例中未提供特定示例的描述的情况下，除非另有陈述或与其他示例中的描述相反，否则该描述可被理解为与另一示例相关的解释。
本发明中使用的术语仅用于示出示例，而无意限制本发明。除非上下文中另外清楚地指明，否则单数表述包括复数表述。
虽然以上示出并描述了示例实施例，但对本领域技术人员将明显的是，在不脱离由权利要求限定的本发明的范围的情况下，可做出变型和改变。

Claims (10)

1.一种发光二极管，包括蓝宝石衬底以及在蓝宝石衬底上依次设置的n型GaN半导体层、发光层和p型GaN半导体层，在所述p型GaN半导体层上具有p电极层，在所述n型GaN半导体层上具有n电极层；其特征在于，在p电极层上设置有电流调节层，所述电流调节层包括依次设置于p型电极层上的绝缘层和附加电极层；其中，所述绝缘层的上表面具有一凹形，所述附加电极层至少具有填充所述凹形的第一部分。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，还包括设置于所述p电极层与所述p型GaN半导体层之间的电流扩展层。
3.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于，所述绝缘层包括氧化硅、氮化硅和TiO2氧化钛中的至少两个，其为上述至少两个的周期性交替叠层结构。
4.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于，所述凹形为弧形凹面，其中，中间区域的深度大于周边区域的深度。
5.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于，所述凹形为阶梯形凹面，其中，中间区域的深度大于周边区域的深度。
6.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于，所述凹形包括多个环形槽，所述多个环形槽的间距由内而外逐渐扩大。
7.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述p电极层的材质可以选自IZO、FTO、ITO等。
8.一种发光二极管，包括蓝宝石衬底以及在蓝宝石衬底上依次设置的n型GaN半导体层、发光层和p型GaN半导体层，在所述p型GaN半导体层上具有p电极层，在所述n型GaN半导体层上具有n电极层；其特征在于，在p电极层上设置有电流调节层，所述电流调节层包括依次设置于p型电极层上的绝缘层和附加电极层；其中，所述绝缘层的中间部分的介电常数小于边缘部分的介电常数。
9.根据权利要求8所述的发光二极管，其特征在于，所述绝缘层包括中间部分的第一材料和围绕所述中间部分的第二材料。
10.根据权利要求8所述的发光二极管，其特征在于，所述绝缘层的介电常数从中心部分至边缘部分呈线性递增。
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