CN114497301A - 一种微发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微发光二极管，包括有源层和P型层，其中有源层包括5个周期以下的量子阱结构，还包括过渡层，过渡层至少依次由第一过渡层、第二过渡层和第三过渡层组成，单周期的阱层的厚度不大于25埃，第三垒层的铝含量为量子阱垒层铝含量的1.2倍至3倍，第三阱层的周期数之和为为5至15对，有源层和P型层之间设置有空穴注入层，空穴注入层分别与P型层、有源层相接，空穴注入层的铝含量不高于垒层的铝含量，提升小尺寸微发光二极管的光电转换效率。
Description
技术领域
本申请涉及半导体相关技术领域，尤其涉及一种微发光二极管。
背景技术
LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是一种能发光的半导体电子元件。作为一种高效、环保、绿色新型固态照明光源，LED正在被迅速广泛地得到应用，如交通信号灯、汽车内外灯、城市景观照明、手机背光源等。
微型发光二极管MicroLED，即LED微缩化和矩阵化，指的是在一个芯片上集成的高密度微小尺寸的LED阵列。Micro LED像素要求是微米级。Micro LED优点继承了无机LED的高效率、高亮度、高可靠度及反应时间快等特点，并且具自发光无需背光源的特性，更具节能、机构简易、体积小、薄型等优势。但是在小电流密度下，如何保持高水平的内量子效率，成为业内需要攻克的技术问题。
发明内容
为了解决背景技术的问题，本发明提供了一种微发光二极管，至少依次包括N型层、过渡层、有源层和P型层，在微发光半导体芯片中，P型半导体材料提供空穴，N型半导体材料提供电子，空穴和电子向有源层聚集，并产生空穴电子复合产生激发出光。
其中有源层包括M个周期的量子阱结构，量子阱包括垒层和阱层，还包括过渡层，过渡层从N型层至P型层的方向上，至少依次由第一过渡层、第二过渡层和第三过渡层组成。
在本发明减薄和对数减少的量子阱的结构设计中，垒层的材料为Al x1 In y1 Ga 1-x1- y1 N，阱层的材料包括Al x2 In y2 Ga 1-x2-y2 N，其中0≤x2＜x1≤1，0≤y1＜y2≤1，M值不大于5，单周期的阱层的厚度不大于25埃。
第三过渡层包括若干周期的第三垒层Al m1 In n1 Ga 1-m1-n1 N层和第三阱层Alm2Inn2Ga1-m2-n2N层，0≤m2≤m1≤1，0≤n1≤n2，第三垒层的铝含量为量子阱垒层铝含量的1.2倍至3倍，第三过渡层中第三阱层和第三垒层的周期数之和为为5至15对，足够周期的第三过渡层起到电子减速作用，由N型层提供的电子通过第三过渡层流入量子阱，如对数小于5对，电子易于穿过有源层，有源层内的电子浓度明显下降，如对数大于15对，电子进入有源层的数量下降，均不利于内量子效率提升。
有源层和P型层之间设置有促进空穴注入量子阱的空穴注入层，空穴注入层分别与P型层、有源层相接，空穴注入层上侧与P型层接触，空穴通过P型层产生并移动至空穴注入层，空穴注入层的下侧与有源层相接，空穴注入层的铝含量低于垒层的铝含量。空穴注入层相对垒层的铝含量降低。在微发光二极管中，由于相对常规发光二极管，芯片单边尺寸缩小至50微米以下，此时在芯粒侧壁产生非辐射复合影响力上升，热效应增加，会严重影响微型发光二极管的发光效率，降低空穴注入层的铝含量，有助于降低半导体层序列横截面上的二维电子气，增大空穴在空穴注入层中心区域的含量，避免空穴移动至半导体层序列边缘无效发光区，从而由有源层的中心区域注入，增大电流的利用率。
过渡层兼顾了对流向有源层的电子进行减速、控制铟含量逐步提升减少晶格失配的作用。
根据本发明，优选的，第二过渡层包括若干周期的第二垒层Al e1 In f1 Ga 1-e1-f1 N层和第二阱层Ale2Inf2Ga1-e2-f2N层，0≤e2≤e1≤1，0≤f1≤f2≤1，第三阱层的铟含量与第一过渡层的铟含量的比值为K1，第三阱层与第二阱层的铟含量的比值为K2，K1：K2不小于30，第二过渡层的铟含量显著减少，起到调整有源层生长应力的作用，调整晶格失配和降低生长应力的作用。
根据本发明，作为更优的方案，第二垒层的铝含量为第三垒层的五分之一至十分之一，或者十分之一以下。
根据本发明，优选的，第二阱层的铟含量4E19/cm3至8E19/cm3。
根据本发明，优选的，第三垒层的铝含量为2.4E19/cm3至3E19/cm3，第三阱层的铟含量为1E20/cm3至3E20/cm3，第三垒层与有源层的成分匹配，减少第三过渡层有源层的应力影响。
根据本发明，优选的，过渡层的厚度为2000~5000埃，其中第一过度层厚度2000埃±50%，第二过度层厚度600埃±50%，第三过度层厚度900埃±50%。
根据本发明，优选的，第三过渡层为8至10对，每周期的第三过渡层厚度为100至150埃，第二过渡层为2至5对，每周期的第二过渡层厚度为150至200埃。
根据本发明，优选的，空穴注入层的材料包括Al j1 In k1 Ga 1-j1-k1 N，其中0≤j1≤0.05，且0≤k1≤0.05。
根据本发明，优选的，空穴注入层与垒层相接，空穴注入层的厚度为200~2000埃，通过足够的宽度，保证注入有源层时，空穴集中在有源层横截面的中心区域，低于200埃阻挡电子效率变差。
根据本发明，优选的，适用于不大于1安培/cm2的应用电流密度。
根据本发明，优选的，还包括衬底，衬底的材料包括硅或者蓝宝石，特别是蓝宝石。
根据本发明，优选的，微发光二极管的面积不大于5000平方微米，例如在矩形芯片中，最小单边长度不大于50微米。
根据本发明，优选的，波长短于600nm，其中0.2≤y2≤0.3，特别是适合蓝光或者绿光波长。
根据本发明，优选的，第三垒层厚度为第三阱层厚度的3倍至8倍，第二垒层厚度为第二阱层厚度的4倍至20倍。
根据本发明，优选的，垒层的厚度为80埃至150埃，阱层为10埃至20埃，垒层的铝含量为1.5E19至3E19，阱层的铟含量为2E20/cm3至3.5E20/cm3。
根据本发明，优选的，微发光二极管为氮化镓基半导体，其中N型层为掺硅的氮化镓基半导体层，P型层为掺镁的氮化镓基半导体。
根据本发明，优选的，有源层包括碳，碳含量低于1E17/cm3，减少量子阱的非辐射复合占比，在超薄量子阱结构中，碳含量减少可有效降低量子阱的非辐射复合比例。
根据本发明，优选的，在空穴注入层中，靠近P型层一侧的铝含量低于量子阱层一侧的铝含量，利于空穴注入量子阱。
根据本发明，优选的，空穴注入层的铝含量不大于1E19/cm3，降低半导体层序列横截面上的二维电子气，增大空穴在空穴注入层中心区域的含量，避免空穴向半导体层序列侧壁移动，特别是空穴注入层和有源层的侧壁移动。
在本发明中取消了常规设计中有源层的P侧传统的铝组分电子阻挡层，用低铝组分的空穴注入层替代电子阻挡层，减少电子阻挡层对空穴的阻挡，提升P侧的空穴注入效率，取消电子阻挡层和减薄的有源层设计，导致电子在有源层中的密度下降，作为匹配性设计，本发明在有源层的N侧设计了多层过渡层，利用过渡层的超晶格结构和铝组分设计降低了电子进入有源层的速度，让更多电子停留在有源层，从改善有源层中空穴浓度和电子浓度两方面整体增大复合效率。
根据本发明，优选的，第一过渡层的厚度为有源层的厚度的1.2倍至2倍。第一过渡层的Al组分不大于1E18/cm3，在第一过渡层中，Al组分至少小于1%，第一过渡层中Al组分过高，会亮度下降掉，Vf会上升，第一过渡层的In组分不大于8E18/cm3。
根据本发明，优选的，第一过渡层的In组分小于第二阱层的In组分，第一过渡层的In组分为第二阱层的In组分的五分之一至十分之一，或者第一过渡层的In组分为第二阱层的In组分的十分之一以下，在本发明中，第一过渡层采用低温生长，生长质量相对差，诱导V型缺陷产生，进一步提升空穴注入有源层的效率，且兼顾能释放生长应力。
根据本发明，优选的，第一过渡层的生长温度低于N型层，碳含量高于N型层。
本发明的有益效果，包括在小尺寸微发光二极管设计中，提升光电转换效率，减少非辐射复合，本发明的其他有益效果将在实施例中具体说明。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为根据本申请实施例示出的一种微发光二极管的外延结构示意图；
图2为根据本申请实施例示出的一种微发光二极管的过渡层结构图；
图3为根据本申请实施例示出的通过Sims检测得到的外延成分图；
图4为根据本申请实施例示出的一种微发光二极管的芯片电极面俯视示意图。
100、衬底；200、缓冲层；300、N型层；400、过渡层；410、第一过渡层；411、第一垒层；412、第一阱层；420、第二过渡层；421、第二垒层；422、第二阱层；430、第三过渡层；431、第三垒层；432、第三阱层；500、有源层；501、垒层；502、阱层；600、空穴注入层；700、P型层；810、N型电极；820、P型电极；910、绝缘通孔；S：侧壁；A1/A2：中心区域。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或营业，本申请中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”和“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品在实施例中使用时的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的元件须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”和“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例1
参看图1至图3，在本发明的第一个实施例中的一种微发光二极管，微发光二极管业内目前定义的面积为不大于5000平方微米，例如采用矩形尺寸设计的芯片中，最小单边长度不大于50微米，本实施例中微发光二极管为氮化镓基半导体，在组成PN结的N型层和P型层中，N型层为掺硅的氮化镓基半导体层，P型层为掺镁的氮化镓基半导体。
依照工艺顺序，提供蓝宝石衬底100，在一些实施方式中也可以采用硅，蓝宝石衬底的表面形貌是PSS图形化、NPSS纳米级图形或者平片，在蓝宝石衬底100上制作半导体层序列，依次制作AlN或者AlGaN缓冲层200，在缓冲层200上方制作提供电子的N型层300，在N型层300上依次设置有第一过渡层410、第二过渡层420和第三过渡层430，以上过渡层400兼顾了对流向有源层500的电子进行减速、控制铟含量逐步提升减少晶格失配的作用。
第一过渡层410的生长温度低于N型层300，第一过渡层410的碳含量高于N型层。
第二过渡层420包括若干周期的第二垒层421：Al e1 In f1 Ga 1-e1-f1 N层和第二阱层422：Ale2Inf2Ga1-e2-f2N层，0≤e2≤e1≤1，0≤f1≤f2≤1，第三过渡层430包括若干周期的第三垒层431：Al m1 In n1 Ga 1-m1-n1 N层和第三阱层432：Alm2Inn2Ga1-m2-n2N层，0≤m2≤m1≤1，0≤n1≤n2≤1。
在第三过渡层430上设置有源层500，其中有源层500包括M个周期的量子阱结构，量子阱包括垒层501和阱层502。
有源层500上方设置有促进空穴注入量子阱的空穴注入层600，空穴注入层600两侧分别与P型层700、有源层500相接。在微发光二极管中，P型半导体材料提供空穴，N型半导体材料提供电子，空穴和电子向有源层500聚集，并产生空穴电子复合产生激发出光。
在本实施例中，减薄和对数减少的量子阱的结构设计中，垒层501的材料为Al x1 In y1 Ga 1-x1-y1 N，阱层502的材料包括Al x2 In y2 Ga 1-x2-y2 N，其中0≤x2＜x1≤1，0≤y1＜y2≤1，M值不大于5，单周期的阱层502的厚度不大于25埃。本实施例中，采用的设计波长短于600nm，其中0.2≤y2≤0.3，特别是适合蓝光或者绿光波长。垒层501的厚度为80埃至150埃，阱层502的厚度为10埃至20埃，垒层501的铝含量为1.5E19/cm3至3E19/cm3，阱层502的铟含量为2E20/cm3至3.5E20/cm3。
第三阱层432的铟含量与第一过渡层410的铟含量的比值为K1，第三阱层432与第二阱层422的铟含量的比值为K2，K1：K2不小于30，相比第三阱层432，第二过渡层420中第二阱层422的铟含量显著减少，起到调整有源层500生长应力的作用，调整晶格失配和降低生长应力的作用。
空穴注入层600的材料包括Al j1 In k1 Ga 1-j1-k1 N，其中0≤j1≤0.05，且0≤k1≤0.05。空穴注入层600上侧与P型层700接触，空穴通过P型层700产生并移动至空穴注入层600，空穴注入层700的下侧与有源层500相接，空穴注入层600的铝含量低于垒层501的铝含量。空穴注入层600相对垒层501的铝含量降低。在微发光二极管中，由于相对常规发光二极管，芯片至少单边尺寸缩小至50微米以下，此时在芯粒侧壁S产生非辐射复合影响力上升，热效应增加，会严重影响微型发光二极管的发光效率，本实施例降低空穴注入层600的铝含量，有助于降低半导体层序列横截面上的二维电子气，增大空穴在空穴注入层600中心区域A1的含量，避免空穴移动至半导体层序列侧壁S无效发光区，从而由有源层500的中心区域A2注入，增大电流的利用率。
空穴注入层600与垒层501相接，空穴注入层600的厚度为200~2000埃，通过足够的宽度，保证注入有源层500时，空穴集中在有源层500横截面的中心区域A2，低于200埃时，阻挡电子效率变差。
在空穴注入层600中，靠近P型层700一侧的铝含量低于有源层一侧的铝含量，利于空穴注入有源层500的量子阱中。
第二垒层421的铝含量为第三垒层431的五分之一至十分之一，实际上由于测量存在成分扩散或者误差，本实施例在设计时，将铝含量设置为十分之一以下。第三垒层431的铝含量为2.4E19/cm3至3E19/cm3，第三阱层432的铟含量为1E20/cm3至3E20/cm3，第三垒层431与有源层500的成分匹配，减少第三过渡层430对有源层500的应力影响。第二阱层422的铟含量4E19/cm3至8E19/cm3。
第三垒层431厚度为第三阱层432厚度的3倍至8倍，第二垒层421厚度为第二阱层422厚度的4倍至20倍。
包括第一过渡层410、第二过渡层420和第三过渡层430在内，过渡层400的厚度为2000~5000埃，其中第一过度层410厚度2000埃±50%，第二过度层420厚度600埃±50%，第三过度层430厚度900埃±50%。第三过渡层430为8至10对，每周期的第三过渡层430厚度为100至150埃，第二过渡层420为2至5对，每周期的第二过渡层420厚度为150至200埃。
第一过渡层410的厚度为有源层500的厚度的1.2倍至2倍。第一过渡层410的Al组分不大于1E18/cm3，在第一过渡层410中，Al组分至少小于1%，第一过渡层410中Al组分过高，会亮度下降掉，Vf会上升，第一过渡层410的In组分不大于8E18/cm3。
第一过渡层410的In组分小于第二阱层422的In组分，第一过渡层410的In组分不大于第二阱层422的In组分的十分之一，由于成分扩散或者测量误差，在测量中，第一过渡层410的In组分可能为第二阱层422的In组分的五分之一至十分之一，在本发明中，第一过渡层410采用低温生长，生长质量相对差，诱导V型缺陷产生，进一步提升空穴注入有源层500的效率，且兼顾能释放生长应力。第一过渡层410的生长温度低于N型层300，碳含量高于N型层300。
参看图4，在芯片工艺中，通过设置N型电极810和P型电极820通过绝缘通孔910分别与N型层300和P型层700电连接，本实施例的微发光二极管适用但不限于在不大于1安培/cm2的应用电流密度。在本实施例中根据应用需求可去除生长衬底100蓝宝石。去除方式包括蚀刻和剥离。
实施例2
在本发明的第二个实施例中，与实施例1的区别在于，有源层500包括碳，碳含量低于1E17/cm3，减少量子阱的非辐射复合占比，作为超薄量子阱结构的匹配设计，碳含量减少可有效降低量子阱的非辐射复合比例。例如垒层501的厚度为80埃至150埃，阱层502的厚度为10埃至20埃，量子阱中垒层501和阱层502周期性排布，周期数不大于5对。
具体来说，在缓冲层200上方制作提供电子的N型层300，在N型层300上依次设置有第一过渡层410、第二过渡层420和第三过渡层430，以上过渡层400兼顾了对流向有源层500的电子进行减速、控制铟含量逐步提升减少晶格失配的作用。
实施例3
在本发明的第三个实施例中，跟实施例1的区别在于，空穴注入层600的铝含量不大于1E19/cm3，降低半导体层序列横截面上的二维电子气，增大空穴在空穴注入层600中心区域A1的含量，避免空穴向半导体层序列侧壁移动，特别是空穴注入层600和有源层500的侧壁移动。
在本实施例中，取消了常规设计中有源层500的P侧传统的铝组分电子阻挡层，用低铝组分的空穴注入层600替代电子阻挡层，减少电子阻挡层对空穴的阻挡，提升P侧的空穴注入效率，取消电子阻挡层和减薄的有源层500设计，导致电子在有源层500中的密度下降。
作为匹配性设计，在有源层500的N侧设计了多层过渡层400，利用过渡层400的超晶格结构和铝组分设计降低了电子进入有源层500的速度，让更多电子停留在有源层500，从改善有源层500中空穴浓度和电子浓度两方面整体增大复合效率。
实施例4
在本发明的第四个实施例中，跟实施例3的区域在于从有源层至P型层之间的层中，其铝的含量不高于5E18/cm3，在一些实施例方式中P型层也可以实际在生长中也可以不通入铝源，实现铝的含量不高于1E18/cm3，降低铝组分对空穴注入的影响。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (22)
1.一种微发光二极管，至少依次包括N型层、过渡层、有源层和P型层，其中有源层包括M个周期的量子阱结构，量子阱包括垒层和阱层，其特征在于：
还包括过渡层，过渡层从N型层至P型层的方向上，至少依次由第一过渡层、第二过渡层和第三过渡层组成，
垒层的材料为Al x1 In y1 Ga 1-x1-y1 N，阱层的材料包括Al x2 In y2 Ga 1-x2-y2 N，其中0≤x2＜x1≤1，0≤y1＜y2≤1，M值不大于5，单周期的阱层的厚度不大于25埃，
第三过渡层包括若干周期的第三垒层Al m1 In n1 Ga 1-m1-n1 N层和第三阱层Alm2Inn2Ga1-m2-n2N层，0≤m2≤m1≤1，0≤n1≤n2≤1，第三垒层的铝含量为量子阱垒层铝含量的1.2倍至3倍，
第三阱层的周期数之和为为5至15对，
有源层和P型层之间设置有空穴注入层，空穴注入层分别与P型层、有源层相接，空穴注入层的铝含量不高于垒层的铝含量。
2.根据权利要求1所述的一种微发光二极管，其特征在于：第二过渡层包括若干周期的第二垒层Al e1 In f1 Ga 1-e1-f1 N层和第二阱层Ale2Inf2Ga1-e2-f2N层，0≤e2≤e1≤1，0≤f1≤f2≤1，第三阱层的铟含量与第一过渡层的铟含量的比值为K1，第三阱层与第二阱层的铟含量的比值为K2，K1：K2不小于30。
3.根据权利要求2所述的一种微发光二极管，其特征在于：第二垒层的铝含量为第三垒层的五分之一至十分之一，或者十分之一以下。
4.根据权利要求2所述的一种微发光二极管，其特征在于：第二阱层的铟含量4E19/cm3至8E19/cm3。
5.根据权利要求1所述的一种微发光二极管，其特征在于：第三垒层的铝含量为2E18/cm3至2E19/cm3，第三阱层的铟含量为1E20/cm3至3E20/cm3。
6.根据权利要求1所述的一种微发光二极管，其特征在于：过渡层的厚度为2000~5000埃，其中第一过度层厚度2000埃±50%，第二过度层厚度600埃±50%，第三过度层厚度900埃±50%。
7.根据权利要求1所述的一种微发光二极管，其特征在于：第三过渡层为8至10对，每周期的第三过渡层厚度为100至150埃，第二过渡层为2至5对，每周期的第二过渡层厚度为150至200埃。
8.根据权利要求1所述的一种微发光二极管，其特征在于：空穴注入层的材料包括Al j1 In k1 Ga 1-j1-k1 N，其中0≤j1≤0.05，且0≤k1≤0.05。
9.根据权利要求1所述的一种微发光二极管，其特征在于：空穴注入层与垒层相接，空穴注入层的厚度为200~2000埃。
10.根据权利要求1所述的一种微发光二极管，其特征在于：适用于不大于1安培/cm2的应用电流密度。
11.根据权利要求1所述的一种微发光二极管，其特征在于：还包括衬底，衬底的材料包括硅或者蓝宝石。
12.根据权利要求1所述的一种微发光二极管，其特征在于：微发光二极管的面积不大于5000平方微米。
13.根据权利要求1所述的一种微发光二极管，其特征在于：波长短于600nm，其中0.2≤y2≤0.3。
14.根据权利要求1所述的一种微发光二极管，其特征在于：第三垒层厚度为第三阱层厚度的3倍至8倍，第二垒层厚度为第二阱层厚度的4倍至20倍。
15.根据权利要求1所述的一种微发光二极管，其特征在于：垒层的厚度为80埃至150埃，阱层为10埃至20埃，垒层的铝含量为1.5E19至3E19，阱层的铟含量为2E20/cm3至3.5E20/cm3。
16.根据权利要求1所述的一种微发光二极管，其特征在于：微发光二极管为氮化镓基半导体，其中N型层为掺硅的氮化镓基半导体层，P型层为掺镁的氮化镓基半导体。
17.根据权利要求1所述的一种微发光二极管，其特征在于：有源层包括碳，碳含量低于1E17/cm3，减少有源层的非辐射复合。
18.根据权利要求1所述的一种微发光二极管，其特征在于：在空穴注入层中，靠近P型层一侧的铝含量低于有源层一侧的铝含量。
19.根据权利要求1所述的一种微发光二极管，其特征在于：空穴注入层的铝含量不大于1E19/cm3。
20.根据权利要求1所述的一种微发光二极管，其特征在于：第一过渡层的Al组分不大于1E18/cm3第一过渡层的In组分不大于8E18/cm3。
21.根据权利要求1所述的一种微发光二极管，其特征在于：第一过渡层的In组分小于第二阱层的In组分，第一过渡层的In组分为第二阱层的In组分的五分之一至十分之一，或者第一过渡层的In组分为第二阱层的In组分的十分之一以下。
22.根据权利要求1所述的一种微发光二极管，其特征在于：第一过渡层的生长温度低于N型层，第一过渡层的碳含量高于N型层。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115360276A (zh) * | 2022-10-19 | 2022-11-18 | 至善时代智能科技(北京)有限公司 | 一种深紫外led外延结构及其制备方法 |
| CN115472721A (zh) * | 2022-10-24 | 2022-12-13 | 淮安澳洋顺昌光电技术有限公司 | 发光二极管外延结构及发光二极管 |
| WO2023143307A1 (zh) * | 2022-01-25 | 2023-08-03 | 厦门三安光电有限公司 | 一种微发光二极管 |
Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104518058A (zh) * | 2013-10-02 | 2015-04-15 | Lg伊诺特有限公司 | 发光器件 |
| US20180013033A1 (en) * | 2015-10-28 | 2018-01-11 | Xiamen Sanan Optoelectronics Technology Co., Ltd. | Light Emitting Diode and Fabrication Method Thereof |
| CN207021278U (zh) * | 2017-06-16 | 2018-02-16 | 安徽三安光电有限公司 | 一种具有复合电子阻挡层的发光二极管 |
| CN109346576A (zh) * | 2018-09-28 | 2019-02-15 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN111816740A (zh) * | 2020-08-28 | 2020-10-23 | 北京蓝海创芯智能科技有限公司 | 一种提高AlGaN基深紫外LED空穴注入效率的结构 |
| JP2021015952A (ja) * | 2019-07-11 | 2021-02-12 | 圓融光電科技股▲ふん▼有限公司 | 紫外線ｌｅｄ及びその製造方法 |
| CN112909141A (zh) * | 2021-02-28 | 2021-06-04 | 安徽三安光电有限公司 | 一种氮化物半导体发光元件及其制作方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US11764327B2 (en) * | 2018-06-13 | 2023-09-19 | King Abdullah University Of Science And Technology | Light emitting diode with a graded quantum barrier layer |
| CN111326618A (zh) * | 2018-12-13 | 2020-06-23 | 西安智盛锐芯半导体科技有限公司 | 一种能够调整电子迁移速率的半导体发光器件 |
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104518058A (zh) * | 2013-10-02 | 2015-04-15 | Lg伊诺特有限公司 | 发光器件 |
| US20180013033A1 (en) * | 2015-10-28 | 2018-01-11 | Xiamen Sanan Optoelectronics Technology Co., Ltd. | Light Emitting Diode and Fabrication Method Thereof |
| CN207021278U (zh) * | 2017-06-16 | 2018-02-16 | 安徽三安光电有限公司 | 一种具有复合电子阻挡层的发光二极管 |
| CN109346576A (zh) * | 2018-09-28 | 2019-02-15 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制备方法 |
| JP2021015952A (ja) * | 2019-07-11 | 2021-02-12 | 圓融光電科技股▲ふん▼有限公司 | 紫外線ｌｅｄ及びその製造方法 |
| CN111816740A (zh) * | 2020-08-28 | 2020-10-23 | 北京蓝海创芯智能科技有限公司 | 一种提高AlGaN基深紫外LED空穴注入效率的结构 |
| CN112909141A (zh) * | 2021-02-28 | 2021-06-04 | 安徽三安光电有限公司 | 一种氮化物半导体发光元件及其制作方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023143307A1 (zh) * | 2022-01-25 | 2023-08-03 | 厦门三安光电有限公司 | 一种微发光二极管 |
| CN115360276A (zh) * | 2022-10-19 | 2022-11-18 | 至善时代智能科技(北京)有限公司 | 一种深紫外led外延结构及其制备方法 |
| CN115472721A (zh) * | 2022-10-24 | 2022-12-13 | 淮安澳洋顺昌光电技术有限公司 | 发光二极管外延结构及发光二极管 |
| CN115472721B (zh) * | 2022-10-24 | 2023-09-15 | 淮安澳洋顺昌光电技术有限公司 | 发光二极管外延结构及发光二极管 |
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