CN114068781A - 一种发光器件 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种发光器件，该发光器件的至少一个电极为忆阻器结构，从而可以预先设置忆阻器结构在发光器件的实际供电电压下的阻态，并调整忆阻器结构在该阻态下的电阻值，以便于当发光器件的实际供电电压大于其正常工作电压时，利用预先设置好电阻值的忆阻器结构对发光器件进行分压，防止流经发光器件的电流过大而使发光器件失效或光强不稳定，并且，由于忆阻器结构集成在发光器件内部，因此，无需像现有技术那样在发光器件的支路中额外增加分压器件，从而大大简化了电路结构，减小了器件的体积和成本，也减小了器件的工艺复杂度，当发光器件为LED时，还有助于实现显示屏中像素密度的提高。
Description
技术领域
本申请涉及半导体发光技术领域，尤其涉及一种发光器件。
背景技术
随着半导体技术的发展，半导体发光器件已经广泛地应用于我们生产和生活中的各个领域。在实际应用中，由于发光器件的实际供电电压很可能大于其正常工作电压，因此，通常需要在发光器件的支路中串联一个合适的分压器件，以防止发光器件因电流过大而失效或光强不稳定，从而起到分压、稳定电流的作用。
然而，在发光器件的支路中增加分压器件会增加器件的工艺复杂度，且随着发光器件的尺寸越来越小，在发光器件的支路中增加分压器件还使得发光器件的体积和成本大幅增加，例如，对于发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)来说，尤其对于MiniLED芯片和Micro LED芯片来说，由于芯片尺寸已缩小至微米量级，且各LED芯片一般为同侧电极，因此，在LED芯片的支路中串联分压器件的难度较大。可见，当发光器件的实际供电电压大于其正常工作电压时，如何对发光器件进行分压，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种发光器件，以将发光器件的至少一个电极设计为忆阻器结构，从而当发光器件的实际供电电压大于其正常工作电压时，利用忆阻器结构对发光器件进行分压。
为实现上述目的，本申请实施例提供了如下技术方案：
一种发光器件，包括：
衬底；
位于所述衬底一侧的发光结构，所述发光结构包括沿背离所述衬底的方向依次排布的第一型半导体层、多量子阱有源层和第二型半导体层；
与所述第一型半导体层电连接的第一电极；
和与所述第二型半导体层电连接的第二电极；
其中，在所述第一电极和所述第二电极中，至少有一个电极为忆阻器结构，所述忆阻器结构包括沿所述发光器件正向电流的方向依次排布的活性电极、介质层和惰性电极。
可选的，所述第一电极和所述第二电极位于所述发光器件在垂直于所述衬底的方向上的相对侧，其中，
所述第一电极位于所述衬底背离所述发光结构的一侧，与所述第一型半导体层电连接；
所述第二电极位于所述发光结构背离所述衬底的一侧，与所述第二型半导体层电连接。
可选的，所述第一电极和所述第二电极位于所述发光器件在垂直于所述衬底的方向上的相同侧，其中，
所述多量子阱有源层和所述第二型半导体层裸露部分所述第一型半导体层而形成台面，所述第一电极位于所述台面上，与所述第一型半导体层电连接；
所述第二电极位于所述发光结构背离所述衬底的一侧，与所述第二型半导体层电连接。
可选的，所述发光器件为发光二极管。
可选的，所述发光器件为垂直腔面发射激光器，所述发光器件还包括：
位于所述衬底与所述发光结构之间的第一型布拉格反射层；
和位于所述发光结构背离所述衬底一侧的第二型布拉格反射层。
可选的，所述忆阻器结构具有第一阻态和第二阻态，所述忆阻器结构处于第一阻态时的电阻小于所述忆阻器结构处于第二阻态时的电阻；
当所述发光器件上所加正向电压大于其正常工作电压时，所述忆阻器结构处于第一阻态。
可选的，所述忆阻器结构为单极性忆阻器结构，所述发光器件上所加正向电压不大于所述单极性忆阻器结构的复位电压，所述单极性忆阻器结构的复位电压为所述单极性忆阻器结构由第一阻态转变为第二阻态所需的电压。
可选的，所述活性电极为Ag层、Cu层、Al层、Ti层、Pd层、LaAlO3层、ITO层、YBCO层、IZO层或SrRuO3层。
可选的，所述惰性电极为Pt层、Au层、AZO层或ITO层。
可选的，所述介质层为NiO层、Nb2O5层、TiO2层、VO2层、MgO层、ZnO层、ZrO2层、Cr2O3层、MnOx层、CoOx层、CuxO层、TaOx层、WOx层、In2Te3层、As2S3层、Sb2S3层、ZnS层或非晶碳层。
与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：
本申请实施例所提供的发光器件，包括：衬底；位于所述衬底一侧的发光结构，所述发光结构包括沿背离所述衬底的方向依次排布的第一型半导体层、多量子阱有源层和第二型半导体层；与所述第一型半导体层电连接的第一电极；和与所述第二型半导体层电连接的第二电极；其中，在所述第一电极和所述第二电极中，至少有一个电极为忆阻器结构，所述忆阻器结构包括沿所述发光器件正向电流的方向依次排布的活性电极、介质层和惰性电极。由于忆阻器结构具有记忆功能，因此，可以预先设置所述忆阻器结构在所述发光器件的实际供电电压下的阻态，并调整所述忆阻器结构在该阻态下的电阻值，以便于当所述发光器件的实际供电电压大于其正常工作电压时，利用预先设置好电阻值的所述忆阻器结构对所述发光器件进行分压，防止流经所述发光器件的电流过大而使所述发光器件失效或光强不稳定；并且，由于所述忆阻器结构集成在所述发光器件内部，作为所述发光器件的第一电极和/或第二电极，因此，无需像现有技术那样在所述发光器件的支路中额外增加分压器件，从而大大简化了电路结构，减小了发光器件的体积和成本，也减小了发光器件的工艺复杂度，当发光器件为LED时，还有助于实现显示屏中像素密度的提高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为目前RGB显示器件中，红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片共阳极并联连接的等效电路示意图；
图2-图7为本申请各实施例所提供的发光器件的结构示意图；
图8为单极性忆阻器的电流-电压特性曲线示意图；
图9为双极性忆阻器的电流-电压特性曲线示意图；
图10为RGB显示器件中，采用本申请实施例所提供的红光LED芯片和常规绿光LED芯片以及常规蓝光LED芯片共阳极并联连接的等效电路示意图；
图11-图15为本申请各实施例所提供的发光器件的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，本申请结合示意图进行详细描述，在详述本申请实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本申请保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
正如背景技术部分所述，当发光器件的实际供电电压大于其正常工作电压时，如何对发光器件进行分压，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
下面以应用于显示器件的发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)为例对上述技术问题进行具体说明。如图1所示，目前RGB显示器件通常采用恒压驱动的并联电路，即红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片为共阳极并联连接，且各并联支路的阴极接地。在恒流20mA下，由于红光LED芯片的电阻较低，因此，红光LED芯片的正常工作电压约为2V，而绿光LED芯片的正常工作电压和蓝光LED芯片的正常工作电压约为3.2V，那么，当红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片为共阳极并联连接时，流经红光LED芯片的电流大于流经绿光LED芯片的电流以及大于流经蓝光LED芯片的电流，这样很可能导致红光LED芯片因流经电流过大而失效或光强不稳定。为防止这样的异常发生，如图1所示，在电路设计时通常会在红光LED芯片的支路中串联一个合适的电阻R，以起到分压和稳定电流的效果。
然而，在红光LED芯片的支路中增加分压电阻器件会增加显示器件的工艺复杂度，且随着芯片点阵密度的增加，显示器件的体积和成本会大幅增加，尤其对于MiniLED芯片和Micro LED芯片，由于芯片尺寸已缩小至微米量级，且各LED芯片一般为同侧电极，因此，在红光LED芯片的支路中串联分压电阻器件的难度就更大。
需要说明的是，本申请所解决的技术问题并不限于上述情况，也不限于LED这一种发光器件，还可以是垂直腔面发射激光器(VerticalCavity Surface Emitting Laser，VCSEL)等半导体发光器件。在发光器件的实际应用中，难免会存在发光器件的实际供电电压大于其正常工作电压的情况，此时就需要在发光器件的支路中串联一个分压器件，起到分压和稳定电流的效果。然而，在发光器件的支路中串联一个分压器件会带来增加器件的工艺复杂度、增加器件的体积和成本、以及串联难度较大等问题。
有鉴于此，本申请实施例提供了一种发光器件，如图2-图7所示，所述发光器件包括：
衬底100；
位于所述衬底一侧的发光结构200，所述发光结构200包括沿背离所述衬底100的方向依次排布的第一型半导体层210、多量子阱有源层220和第二型半导体层230；
与所述第一型半导体层210电连接的第一电极300；
和与所述第二型半导体层230电连接的第二电极400；
其中，在所述第一电极300和所述第二电极400中，至少有一个电极为忆阻器结构，即所述第一电极300为忆阻器结构(如图3和图6所示)，或所述第二电极400为忆阻器结构(如图2和图5所示)，或所述第一电极300和所述第二电极400均为忆阻器结构(如图4和图7所示)，所述忆阻器结构包括沿所述发光器件正向电流的方向依次排布的活性电极10、介质层20和惰性电极30。
需要说明的是，忆阻器可以根据其两端施加电压的不同而处于不同的阻态，呈现不同的阻值；忆阻器具有记忆功能，如果对忆阻器施加电压使其处于一种阻态后，先断开外加电压，然后再施加电压时，则忆阻器仍在该阻态下进行工作，而且，忆阻器在一种阻态下的阻值保持不变，只有当对忆阻器施加电压使其从一种阻态转变为另一种阻态时，它的阻值才会发生改变。
忆阻器通常具有高阻态和低阻态两个阻态，具体的，刚制备好的忆阻器处于初始阻态，一般是高阻态，还没有阻变特性，为了使忆阻器具有阻变特性，需要在忆阻器两端施加一个比较大的电压脉冲，这个过程称为“Forming”过程，在Forming过程中，介质层内部形成导电通道，忆阻器从高阻态转变为低阻态；之后忆阻器具有阻变特性，可以在高阻态和低阻态之间进行转变，忆阻器从高阻态转变为低阻态的过程称为“SET”过程，SET过程与Forming过程类似，但由于经Forming过程后忆阻器内部缺陷较多，因此后续形成SET过程所需的电压较形成Forming过程所需的电压较小，忆阻器从低阻态转变为高阻态的过程称为“RESET”过程。
忆阻器的阻变模式大致分为两种：单极性和双极性，其中，单极性是指忆阻器的阻态转变依赖于电压的大小，而与电压的极性无关，如图8所示，图8给出了单极性忆阻器的电流-电压特性曲线示意图，下面以单极性忆阻器加正向电压为例进行说明。具体的，如果单极性忆阻器当前处于高阻态，对其施加的正向电压大于SET电压后，单极性忆阻器由高组态转变为低阻态，并保持在低阻态，此时断开外加电压，然后重新施加正向电压，单极性忆阻器仍处于低阻态，当重新施加的正向电压大于RESET电压后，单极性忆阻器由低阻态转变为高阻态。其中，SET电压(形成电压)是指忆阻器从高阻态转变为低阻态所需的电压，RESET电压(复位电压)是指忆阻器从低阻态转变为高阻态所需的电压。
双极性是指忆阻器的阻态转变直接依赖于电压的极性，即SET电压和RESET电压的极性必须相反，如图9所示，图9给出了双极性忆阻器的电流-电压特性曲线示意图。具体的，如果双极性忆阻器当前处于高阻态，对其施加的正向电压大于SET电压后，双极性忆阻器由高阻态转变为低阻态，并保持在低阻态，直至在忆阻器两端施加反向电压至RESET电压后，双极性忆阻器才由低阻态转变为高阻态。
上述主要介绍了忆阻器具有高阻态和低阻态两种阻态的情况，但也有忆阻器具有多种阻态，本申请对所述忆阻器结构具有几种阻态并不做限定，以及对所述忆阻器结构为单极性忆阻器结构还是双极性忆阻器结构也不做限定，只要预先设置所述忆阻器结构在所述发光器件的实际供电电压下的阻态，并调整所述忆阻器结构在该阻态下的电阻值，使得当所述发光器件的实际供电电压大于其正常工作电压时，所述忆阻器结构能够满足对所述发光器件进行分压的电阻需求即可。
其中，预先设置所述忆阻器结构在所述发光器件的实际供电电压下的阻态，并调整所述忆阻器结构在该阻态下的电阻值可以通过改变所述忆阻器结构中，所述活性电极10的材料及厚度，和/或所述介质层20的材料及厚度，和/或所述惰性电极30的材料及厚度来实现，也就是说，通过对所述忆阻器结构中，所述活性电极10的材料及厚度，和/或所述介质层20的材料及厚度，和/或所述惰性电极30的材料及厚度进行设计，使得所述忆阻器结构在所述发光器件的实际供电电压下的阻态为预设的阻态，且所述忆阻器结构在该预设的阻态下的电阻值能够满足对所述发光器件进行分压的电阻需求。
另外，本申请对所述忆阻器结构在所述发光器件的实际供电电压下的具体阻态并不做限定，可以是低阻态，也可以是高阻态，还可以是其他阻态，只要预先设置所述忆阻器结构在所述发光器件的实际供电电压下的阻态，并调整所述忆阻器结构在该阻态下的电阻值，能够满足对所述LED芯片进行分压的电阻需求即可。
还需要说明的是，所述活性电极10为所述忆阻器结构的阳极，它除了导电性能好，起导电作用外，还容易失去电子变成金属阳离子，在所述忆阻器结构的阻变过程中，参与所述介质层20中导电通道的形成；所述惰性电极30导电性能也良好，但在所述忆阻器结构的阻变过程中，物理性能和化学性能稳定。
所述发光器件的正向电流方向为从P型半导体层指向N型半导体层的方向，其中，所述第一型半导体层为P型半导体层，所述第二型半导体层为N型半导体层，或所述第一型半导体层为N型半导体层，所述第二型半导体层为P型半导体层，而所述忆阻器结构的正向电流方向为从所述活性电极10(阳极)指向所述惰性电极30(阴极)的方向，因此，如图2-图7所示，沿所述发光器件正向电流的方向，所述忆阻器结构依次包括活性电极10、介质层20和惰性电极30。
再需要说明的是，所述第一电极300可以直接与所述第一型半导体层210接触进行电连接，也可以通过其他层与所述第一型半导体层210间接接触进行电连接，具体视情况而定。同样地，所述第二电极400可以直接与所述二型半导体层230接触电连接，也可以通过其他层与所述第二型半导体层230间接接触进行电连接，具体视情况而定。
由此可见，在本申请实施例中，可以根据所述发光器件的实际供电电压得到需要对所述发光器件进行分压的电阻值，然后利用所述忆阻器结构的记忆功能，预先设置所述忆阻器结构在所述发光器件的实际供电电压下的阻态，并调整所述忆阻器结构在该阻态下的电阻值，以满足对所述发光器件进行分压的电阻需求，从而当所述发光器件的实际供电电压大于其工作电压时，利用预先设置好电阻值的所述忆阻器结构对所述发光器件进行分压，防止流经所述发光器件的电流过大而使所述发光器件失效或光强不稳定。
并且，由于所述忆阻器结构集成在所述发光器件内部，作为所述发光器件的第一电极和/或第二电极，因此，无需像现有技术那样在所述发光器件的支路中额外增加分压器件，从而大大简化了电路结构，减小了器件的体积和成本，也减小了器件的工艺复杂度。
在上述实施例的基础上，可选的，在本申请的一个实施例中，如图2-图4所示，所述第一电极300和所述第二电极400位于所述发光器件在垂直于所述衬底100的方向上的相对侧，即所述第一电极300和所述第二电极400为异侧电极，其中，
所述第一电极300位于所述衬底100背离所述发光结构200的一侧，与所述第一型半导体层210电连接，需要说明的是，此时，所述第一电极300通过所述衬底100与所述第一型半导体层210电连接。
所述第二电极400位于所述发光结构200背离所述衬底100的一侧，与所述第二型半导体层230电连接。
具体的，当所述第一电极300和所述第二电极400位于所述发光器件在垂直于所述衬底100的方向上的相对侧时，所述第二电极400为忆阻器结构对应的发光器件的结构示意图如图2所示，所述第一电极300为忆阻器结构对应的发光器件的结构示意图如图3所示，所述第一电极300和所述第二电极400均为忆阻器结构对应的发光器件的结构示意图如图4所示。
由前述已知，沿所述发光器件正向电流的方向，所述忆阻器结构依次包括活性电极10、介质层20和惰性电极30，下面以所述第一型半导体层210为N型半导体层，所述第二型半导体层230为P型半导体层为例进行说明，此时，如果所述第二电极400(即P电极)为忆阻器结构，如图2所示，则所述第二电极400包括沿背离所述衬底100的方向依次排布的惰性电极30、介质层20和活性电极10；如果所述第一电极300(即N电极)为忆阻器结构，如图3所示，则所述第一电极300包括沿背离所述发光结构200的方向依次排布的活性电极10、介质层20和惰性电极30；如果所述第一电极300(即N电极)和所述第二电极400(即P电极)均为忆阻器结构，如图4所示，则所述第一电极300包括沿背离所述发光结构200的方向依次排布的活性电极10、介质层20和惰性电极30，所述第二电极400包括沿背离所述衬底100的方向依次排布的惰性电极30、介质层20和活性电极10。
需要说明的是，当所述第一电极300或所述第二电极400为忆阻器结构时，在对所述发光器件进行分压时，是利用具有忆阻器结构的第一电极300或第二电极400对所述发光器件进行分压。当所述第一电极300和所述第二电极均为忆阻器结构时，在对所述发光器件进行分压时，是利用具有忆阻器结构的第一电极300和第二电极400的总电阻对所述发光器件进行分压。
可选的，在本申请的另一个实施例中，如图5-图7所示，所述第一电极300和所述第二电极400位于所述发光器件在垂直于所述衬底100的方向上的相同侧，即所述第一电极300和所述第二电极400为同侧电极，其中，
所述多量子阱有源层220和所述第二型半导体层230裸露部分所述第一型半导体层210而形成台面，所述第一电极300位于所述台面上，与所述第一型半导体层210电连接；
所述第二电极400位于所述发光结构200背离所述衬底100的一侧，与所述第二型半导体层230电连接。
具体的，当所述第一电极300和所述第二电极400位于所述发光器件在垂直于所述衬底100的方向上的相同侧时，所述第二电极400为忆阻器结构对应的发光器件的结构示意图如图5所示，所述第一电极300为忆阻器结构对应的发光器件的结构示意图如图6所示，所述第一电极300和所述第二电极400均为忆阻器结构对应的发光器件的结构示意图如图7所示。
由前述已知，沿所述发光器件正向电流的方向，所述忆阻器结构依次包括活性电极10、介质层20和惰性电极30，下面以所述第一型半导体层210为P型半导体层，所述第二型半导体层230为N型半导体层为例进行说明，此时，如果所述第二电极400(即N电极)为忆阻器结构，如图5所示，则所述第二电极400包括沿背离所述衬底100的方向依次排布的活性电极10、介质层20和惰性电极30；如果所述第一电极300(即P电极)为忆阻器结构，如图6所示，则所述第一电极300包括沿背离所述衬底100的方向依次排布的惰性电极30、介质层20和活性电极10；如果所述第一电极300(即P电极)和所述第二电极400(即N电极)均为忆阻器结构，如图7所示，则所述第一电极300包括沿背离所述衬底100的方向依次排布的惰性电极30、介质层20和活性电极10，所述第二电极400包括沿背离所述衬底100的方向依次排布的活性电极10、介质层20和惰性电极30。
同样地，当所述第一电极300或所述第二电极400为忆阻器结构时，在对所述发光器件进行分压时，是利用具有忆阻器结构的第一电极300或第二电极400对所述发光器件进行分压。当所述第一电极300和所述第二电极均为忆阻器结构时，在对所述发光器件进行分压时，是利用具有忆阻器结构的第一电极300和第二电极400的总电阻对所述发光器件进行分压。
在上述任一实施例的基础上，可选的，在本申请的一个实施例中，所述发光器件为发光二极管LED。
下面以RGB显示器件中的红光LED芯片为例进行说明。具体的，对于RGB显示器件中的红光LED芯片，无需像现有技术那样在红光LED芯片的支路中额外串联一个电阻R(如图1所示)，而是将红光LED芯片的至少一个电极设置为所述忆阻器结构，此时，红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片共阳极并联连接的等效电路如图10所示，从图中可以看到，红光LED芯片所在支路等效于红光LED芯片和一个(或两个)忆阻器M串联，这一个(或两个)忆阻器M在红光LED芯片的实际供电电压下的电阻值等于图1中在红光LED芯片的支路中串联的电阻R的电阻值。例如，将红光LED芯片中的P电极设置为所述忆阻器结构，N电极仍为常规金属电极，那么，可以预先设置所述忆阻器结构在红光LED芯片的实际供电电压下处于低阻态，并调整所述忆阻器结构在低阻态时的电阻值等于图1中在红光LED芯片的支路中串联的电阻R的电阻值，从而利用所述忆阻器结构对红光LED芯片进行分压，防止红光LED芯片因流经电流过大而失效或光强不稳定，并且，所述忆阻器结构集成在红光LED芯片内部，从而大大简化了电路结构，减小了器件的体积和成本，也减小了器件的工艺复杂度，还有助于实现显示屏中像素密度的提高。
但本申请实施例所提供的集成忆阻器结构的LED芯片，并不限于红光LED芯片，也适用于绿光LED芯片和红光LED芯片，还适用于RGB配色显示电路中、MiniLED显示器件中以及Micro LED显示器件中的各LED芯片，具体视情况而定。
对于发光二极管LED的第一电极300和第二电极400为异侧电极的情况，以所述第一型半导体层为N型半导体层，所述第二型半导体层为P型半导体层，且所述第一电极300和所述第二电极400均为忆阻器结构为例进行说明。
可选的，在本申请的一个实施例中，如图11所示，在所述衬底100和所述第一型半导体层210之间，沿背离衬底100的方向，所述发光二极管还包括：
第一缓冲层500，以提高所述衬底100和所述第一型半导体层210之间的晶格匹配，可选的，所述衬底100为GaAs衬底，所述第一缓冲层500为GaAs缓冲层；
布拉格反射层(DBR反射层)600，以利用该布拉格反射层600对所述多量子阱有源层220中发出的光向所述发光二极管的出光面进行反射，提高所述发光二极管的出光效率。
需要说明的是，在本实施例中，所述第一电极300通过所述衬底100、所述第一缓冲层500和所述布拉格反射层600与所述第一型半导体层210电连接。
在上述实施例的基础上，可选的，在本申请的一个实施例中，继续如图11所示，在所述第二型半导体层230和所述第二电极400之间，沿背离所述衬底100的方向，所述发光二极管还包括：
窗口层700，所述窗口层700的折射率较大，以使得所述发光二极管的出射光线尽量从正面射出，可选的，所述窗口层700为掺杂Mg的GaP窗口层；
欧姆接触层800，以使得所述第二型半导体层230和所述第二电极400之间形成良好的欧姆接触，可选的，所述第二欧姆接触层800为掺杂Mg的GaP层。
需要说明的是，在本实施例中，所述第二电极400通过所述欧姆接触层800和所述窗口层700与所述第二型半导体层230电连接。
对于发光二极管LED的第一电极300和第二电极400为同侧电极的情况，例如，MiniLED芯片和Micro LED芯片，一般为同侧电极，以所述第一型半导体层为P型半导体层，所述第二型半导体层为N型半导体层，且所述第一电极300和所述第二电极400均为忆阻器结构为例进行说明。
由于在实际制备同侧电极LED时，通常会先在一临时衬底上生长所述发光结构200；然后从所述发光结构200背离所述临时衬底的一侧，将所述发光结构200键合至另一永久衬底上，并去除所述临时衬底，实现衬底转移；其次，在所述发光结构200背离所述永久衬底的一侧，刻蚀所述第二型半导体层230和所述多量子阱有源层220，裸露部分所述第一型半导体层210而形成台面，从而在所述台面上形成第一电极300，并在所述发光结构200背离所述衬底100的一侧形成第二电极400。因此，可选的，在本申请的一个实施例中，如图12和图13所示，在所述衬底100(即上述永久衬底)和所述发光结构200之间，所述发光二极管还包括：
键合层900，以将在所述临时衬底上外延生长的发光结构200键合至所述永久衬底100上，例如，所述临时衬底为GaAs衬底，所述永久衬底为蓝宝石衬底。
但本申请对同侧电极的LED的制备方法并不做限定，目前也有不通过衬底置换，而是直接在所述衬底100上依次外延生长所述第一型半导体层210、所述多量子阱有源层220和所述第二型半导体层230而形成所述发光结构200的制备方法，具体视情况而定。
需要说明的是，在同侧电极发光二极管LED中，刻蚀所述第二型半导体层230和所述多量子阱有源层220，裸露部分所述第一型半导体层210而形成的台面，可以是如图12所示的凹槽形式，此时，所述第一电极300填充该凹槽与所述第一型半导体层210接触电连接，如果所述第一电极300为忆阻器结构，以所述第一电极300为P电极为例，则所述第一电极300中的惰性电极30填充该凹槽与所述第一型半导体层210接触电连接，且该惰性电极30的表面高于所述第二型半导体层230的表面，然后在该惰性电极30的表面依次形成介质层20和活性电极10，组成忆阻器结构，并且，在所述第二型半导体层230的表面和所述第一电极之间，一般通过隔离层所隔离；也可以是如图13所示的平台形式，此时，直接在该平台上形成第一电极300，如果所述第一电极300为忆阻器结构，以所述第一电极300为P电极为例，则所述第一电极300包括沿背离所述衬底100的方向依次排布的惰性电极30、介质层20和活性电极10。
在上述任一实施例的基础上，可选的，在本申请的另一个实施例中，所述发光器件为垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL)，如图14和图15所示，所述发光器件还包括：
位于所述衬底100与所述发光结构200之间的第一型布拉格反射层240；
和位于所述发光结构200背离所述衬底100一侧的第二型布拉格反射层250，以使得从所述发光结构200作为谐振腔激发出的光在上下两个布拉格反射层(即所述第一型布拉格反射层240和所述第二型布拉格反射层250)之间来回反射，实现共振放大，形成激光。
其中，图14给出了所述垂直腔面发射激光器VCSEL的第一电极300和第二电极400为异侧电极的情况，此时，所述第一电极300通过所述衬底100和所述第一型布拉格反射层240与所述第一型半导体层210电连接，所述第二电极400通过所述第二型布拉格反射层250与所述第二型半导体层230电连接；图15给出了所述垂直腔面发射激光器的第一电极300和第二电极400为同侧电极的情况，此时，所述第二电极400通过所述第二型布拉格反射层250与所述第二型半导体层230电连接。
在实际应用中，以所述第一电极300和所述第二电极400为异侧电极为例，如图14所示，所述垂直腔面发射激光器VCSEL通常还包括：
位于所述衬底100和所述第一型布拉格反射层240之间的第二缓冲层260，以提高所述衬底100和所述第一型布拉格反射层240之间的晶格匹配；
位于所述第二型布拉格反射层240和所述第二电极400之间的接触层270，以使得所述第二型布拉格反射层240和所述第二电极400之间形成良好的欧姆接触。
需要说明的是，此时，所述第一电极300通过所述衬底100、所述第二缓冲层260和所述第一型布拉格反射层240与所述第一型半导体层210电连接，所述第二电极400通过所述接触层270和所述第二型布拉格反射层250与所述第二型半导体层230电连接。
特别地，继续以所述第一电极300和所述第二电极400为异侧电极为例，如图14所示，所述垂直腔面发射激光器VCSEL还可以包括：位于所述第二型半导体层230和所述第二型布拉格反射层250之间的氧化层280，以利用氧化工艺缩小所述发光结构200作为谐振腔的体积以及发光面积，从而能够更好地实现电流和光场的限制，有利于降低阈值电流和提高转换效率。需要说明的是，此时，所述第二电极400通过所述接触层270、所述第二型布拉格反射层250和所述氧化层280与所述第二型半导体层230电连接。
考虑到半导体发光器件(如发光二极管LED和垂直腔面发射激光器VCSEL)的实际供电电压一般不会太大，即对半导体发光器件进行分压的电阻值一般不需要太大，因此，忆阻器处于低阻态时的电阻值基本可以满足对半导体发光器件进行分压的电阻值需求，而忆阻器处于高组态时其电阻一般较大，不太适合为半导体发光器件进行分压，因此，在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述忆阻器结构具有第一阻态和第二阻态，所述忆阻器结构处于第一阻态时的电阻小于所述忆阻器结构处于第二阻态时的电阻，即第一阻态对应低阻态，第二阻态对应高阻态；
当所述发光器件上所加正向电压大于其正常工作电压时，所述忆阻器结构处于第一阻态，即利用所述忆阻器结构处于第一阻态(即低阻态)时的电阻值对所述发光器件进行分压。
具体的，对于刚制备好的所述发光器件，其中作为第一电极和/或第二电极的忆阻器结构处于初始的第二阻态(即高阻态)，在所述发光器件两端施加一个比较大的电压脉冲后，使得所述发光器件中作为第一电极和/或第二电极的忆阻器结构由第二阻态(高阻态)转变为第一阻态(即低阻态)，该过程即为“Forming”过程，此后即使断开外加电压，所述发光器件中作为第一电极和/或第二电极的忆阻器结构也保持在第一阻态(即低阻态)，以便于后续在实际应用中，当所述发光器件上所加正向电压大于其正常工作电压时，所述忆阻器结构以其处于第一阻态(即低阻态)时的电阻值对所述LED芯片进行分压。
对于所述发光器件中集成的忆阻器结构为双极性的情况，当在所述发光器件上施加反向偏压时，所述忆阻器结构才可能从第一阻态(即低阻态)转变为第二阻态(即高阻态)，但在所述发光器件上施加反向偏压时，所述第一型半导体层210和所述第二型半导体层230形成的PN结截止，即基本不存在对所述发光器件中的忆阻器结构施加反向偏压的情况，从而使得所述发光器件中的双极性忆阻器结构在Forming过程后一直处于第一阻态(即低阻态)，进而当所述发光器件上所加正向电压大于其正常工作电压时，所述双极性忆阻器结构以其处于第一阻态(即低阻态)时的电阻值对所述发光器件进行分压。
对于所述发光器件中集成的忆阻器结构为单极性的情况，如果单极性忆阻器结构当前处于第一阻态(即低阻态)，那么，对单极性忆阻器两端施加电压大于其复位电压后，该单极性忆阻器将从第一阻态(即低阻态)转变为第二阻态(即高阻态)，即对所述发光器件两端施加电压大于所述忆阻器结构的复位电压后，所述忆阻器结构将从第一阻态(即低阻态)转变为第二阻态(即高阻态)。
为了使得所述发光器件中集成的单极性忆阻器结构也保持在第一阻态(即低阻态)，在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述忆阻器结构为单极性忆阻器结构，所述发光器件上所加正向电压不大于所述单极性忆阻器结构的复位电压，所述单极性忆阻器结构的复位电压为所述单极性忆阻器结构由第一阻态(即低阻态)转变为第二阻态(即高阻态)所需的电压。并且，由于所述发光器件的实际供电电压一般不会太大，因此，所述发光器件上所加正向电压不大于所述单极性忆阻器结构的复位电压在实际应用中基本可以满足。
需要说明的是，对于上述各实施例所提供的集成忆阻器的发光器件，由于忆阻器结构作为所述发光器件的至少一个电极，因此，为了保证在电极上焊线后的推拉力值，要求所述忆阻器结构中活性电极10-介质层20-惰性电极30三层之间的粘附力足够好，且不易受温度和湿度影响而出现劣变或氧化。
对于所述忆阻器结构中的活性电极10，要求导电性好，韧性佳，不易被氧化，可选的，所述活性电极10可以为LaAlO3层、ITO层、YBCO层、IZO层或SrRuO3层；如果所述活性电极10为Ag层、Cu层、Al层、Ti层或Pd层等易氧化的材料层，则在蒸镀形成所述活性电极10后需在其上部再蒸镀形成一层保护层，如Au层、Pt层等。
对于所述忆阻器结构中的惰性电极30，要求导电性好，韧性佳，不易被氧化，可选的，所述惰性电极可以为Pt层、Au层、AZO层或ITO层。
对于所述忆阻器结构中的介质层20，要求温度和湿度稳定性好，可选的，所述介质层可以为NiO层、Nb2O5层、TiO2层、VO2层、MgO层、ZnO层、ZrO2层、Cr2O3层、MnOx层、CoOx层、CuxO层、TaOx层、WOx层、In2Te3层、As2S3层、Sb2S3层、ZnS层或非晶碳层。
需要说明的是，在蒸镀形成所述介质层的过程中，需要控制温度和氩氧比等参数来形成温度和湿度稳定性较好的介质层。以所述介质层为ZnO层为例进行说明。具体的，在蒸镀ZnO介质层时，采用射频磁控溅射的方法在室温下进行制备，以纯度99.99wt％的ZnO作为溅射靶材，磁控溅射腔体本体真空度低于2.7E-4Pa，采用高纯Ar/O2混合气体作为溅射气氛，两种气体的分压比为Ar:O2＝4:1，溅射气压为0.4Pa，溅射功率为100W。
具体的，所述惰性电极30可采用电子束蒸发设备生长而成；
所述介质层20可采用磁控溅射的方法，设定特定的靶材，并控制功率、压力、时间、氩氧比等参数制备形成；
所述活性电极10可采用电子束蒸发设备或溅射蒸镀设备生长而成。
综上，本申请实施例所提供的发光器件，通过将发光器件的至少一个电极设置为忆阻器结构，从而可以预先设置忆阻器结构在发光器件的实际供电电压下的阻态，并调整忆阻器结构在该阻态下的电阻值，以便于当发光器件的实际供电电压大于其正常工作电压时，利用预先设置好电阻值的忆阻器结构对发光器件进行分压，防止流经发光器件的电流过大而使发光器件失效或光强不稳定；并且，由于忆阻器结构集成在发光器件内部，因此，无需像现有技术那样在发光器件的支路中额外增加分压器件，从而大大简化了电路结构，减小了器件的体积和成本，也减小了器件的工艺复杂度，当发光器件为LED时，还有助于实现显示屏中像素密度的提高。
本说明书中各个部分采用并列和递进相结合的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种发光器件，其特征在于，包括：
衬底；
位于所述衬底一侧的发光结构，所述发光结构包括沿背离所述衬底的方向依次排布的第一型半导体层、多量子阱有源层和第二型半导体层；
与所述第一型半导体层电连接的第一电极；
和与所述第二型半导体层电连接的第二电极；
其中，在所述第一电极和所述第二电极中，至少有一个电极为忆阻器结构，所述忆阻器结构包括沿所述发光器件正向电流的方向依次排布的活性电极、介质层和惰性电极。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极位于所述发光器件在垂直于所述衬底的方向上的相对侧，其中，
所述第一电极位于所述衬底背离所述发光结构的一侧，与所述第一型半导体层电连接；
所述第二电极位于所述发光结构背离所述衬底的一侧，与所述第二型半导体层电连接。
3.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极位于所述发光器件在垂直于所述衬底的方向上的相同侧，其中，
所述多量子阱有源层和所述第二型半导体层裸露部分所述第一型半导体层而形成台面，所述第一电极位于所述台面上，与所述第一型半导体层电连接；
所述第二电极位于所述发光结构背离所述衬底的一侧，与所述第二型半导体层电连接。
4.根据权利要求1-3任一项所述的发光器件，其特征在于，所述发光器件为发光二极管。
5.根据权利要求1-3任一项所述的发光器件，其特征在于，所述发光器件为垂直腔面发射激光器，所述发光器件还包括：
位于所述衬底与所述发光结构之间的第一型布拉格反射层；
和位于所述发光结构背离所述衬底一侧的第二型布拉格反射层。
6.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述忆阻器结构具有第一阻态和第二阻态，所述忆阻器结构处于第一阻态时的电阻小于所述忆阻器结构处于第二阻态时的电阻；
当所述发光器件上所加正向电压大于其正常工作电压时，所述忆阻器结构处于第一阻态。
7.根据权利要求6所述的发光器件，其特征在于，所述忆阻器结构为单极性忆阻器结构，所述发光器件上所加正向电压不大于所述单极性忆阻器结构的复位电压，所述单极性忆阻器结构的复位电压为所述单极性忆阻器结构由第一阻态转变为第二阻态所需的电压。
8.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述活性电极为Ag层、Cu层、Al层、Ti层、Pd层、LaAlO3层、ITO层、YBCO层、IZO层或SrRuO3层。
9.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述惰性电极为Pt层、Au层、AZO层或ITO层。
10.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述介质层为NiO层、Nb2O5层、TiO2层、VO2层、MgO层、ZnO层、ZrO2层、Cr2O3层、MnOx层、CoOx层、CuxO层、TaOx层、WOx层、In2Te3层、As2S3层、Sb2S3层、ZnS层或非晶碳层。
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