CN117913194A - 一种发光二极管及发光装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种发光二极管及发光装置。发光二极管包括外延层以及设置于外延层中的导电孔，通过在导电孔与第一半导体层的接触位置处设置向第一半导体层凸出的延伸孔，增大了导电孔与第一半导体层的接触面积，改变电流从第二半导体层流向第一半导体层的路径，扩大电流从第二半导体层流向第一半导体层的接触面积，降低接触电阻，提高发光二极管的电流分布的均匀性，降低发光二极管的电压，增强发光二极管对大电流的抵抗能力。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，特别涉及一种发光二极管及发光装置。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，LED)是一种利用半导体或类似结构把电能转换成光能的固态发光元件，具有低功耗、高效率、长寿命、快速相应、抗震动、抗干扰等特点，在照明、显示、通信、汽车、医疗等领域得到广泛应用。
对于垂直结构芯片来说，一般包括外延层和设置于外延层中的导电孔，外延层至少包括依次叠设的第一半导体层、有源层和第二半导体层，导电孔贯穿第二半导体层、有源层以及部分第一半导体层，具有提供电流通路，以便电流能够从第二半导体层垂直流向第一半导体层，从而驱动LED发光的作用。采用导电孔的设计，可以提供一条低阻抗的电流路径，有助于减小电流在LED内部传输时的电压降和功耗，提高芯片的电性能。但随着使用功率的提高，LED单位面积上的电流密度越来越大，由于制作LED的半导体材料特性的限制，较大的电流密度会导致LED局部区域电流拥堵，产生较大的电压。
为了提高发光二极管电流分布的均匀性、降低电压、以及增强对大电流冲击的抵抗能力，本申请提供一种发光二极管及发光装置。
发明内容
鉴于现有技术中发光二极管的缺陷及不足，本申请提供一种发光二极管及发光装置。本申请提供的发光二极管通过在导电孔与第一半导体层的接触处设置向第一半导体层凸出的延伸孔，增大导电孔与第一半导体层的接触面积，改变从第二半导体层流向第一半导体层的电流路径，扩大电流从第二半导体层流向第一半导体层的接触面积，降低接触电阻，进而提高发光二极管的电流分布的均匀性，降低发光二极管的电压，以及增强发光二极管对大电流冲击的抵抗能力。
本申请的一实施例，提供一种发光二极管，包括：
外延层，所述外延层包括依次叠置的第一半导体层、有源层和第二半导体层；
导电孔，所述导电孔设置于所述外延层中，且贯穿所述第二半导体层、所述有源层以及部分所述第一半导体层；
其中，所述导电孔与所述第一半导体层的接触处设置有向所述第一半导体层凸出的延伸孔。
根据本申请的另一实施例，提供了一种发光装置，包括线路板和设置于所述线路板上的多个发光单元，所述发光单元包括本申请所述的发光二极管。
如上所述，本申请的发光二极管及发光装置，具有以下有益效果：
本申请的发光二极管通过在导电孔与第一半导体层的接触处设置向第一半导体层凸出的延伸孔，增大了导电孔与第一半导体层的接触面积，改变从第二半导体层流向第一半导体层的电流路径，扩大电流从第二半导体层流向第一半导体层的接触面积，降低接触电阻，提高发光二极管器件的电流分布的均匀性，降低发光二极管的电压，增强发光二极管对大电流冲击的抵抗能力。
附图说明
图1显示为现有技术中一种发光二极管的结构示意图。
图2显示为本发明实施例一提供的发光二极管的结构示意图。
图3显示为图2中A-A方向的剖视结构示意图。
图4显示为图2中的A部放大图。
图5显示为本发明实施例二提供的一种发光二极管的结构示意图。
图6显示为图5中B-B方向的剖视结构示意图。
图7显示为图5的B部放大图。
图8显示为本发明实施例二提供的另一种发光二极管的剖视结构示意图。
图9显示为本发明实施例二提供的再一种发光二极管的结构示意图。
图10显示为图9中C-C方向的剖视结构示意图。
图11显示为图9中C部放大图。
图12显示为本发明实施例三提供的发光装置的结构示意图。
元件标号说明
001，基板；002，外延层；003，导电孔；004，第一电连接层；005，电极；006，第二电连接层；007，绝缘层；008，反射层；009，导电层；010，第二电极；021，第一半导体层；022，有源层；023，第二半导体层；31，线路板；32，发光单元；100，基板；200，外延层；201，第一半导体层；202，有源层；203，第二半导体层；210，导电孔；211，第二接触面；220，延伸孔；221，侧壁；222，第一接触面；223，通孔；224，环形孔；300，第一电连接层；310，反射层；320，透明导电层；400，第一电极；500，第二电连接层；600，第二电极；700，绝缘层。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，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发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
本申请提供一种发光二极管，包括：
外延层，所述外延层包括依次叠置的第一半导体层、有源层和第二半导体层；
导电孔，所述导电孔设置于所述外延层中，且贯穿所述第二半导体层、所述有源层以及部分所述第一半导体层；
其中，所述导电孔与所述第一半导体层的接触处设置有向所述第一半导体层凸出的延伸孔。
本实施例提供的发光二极管，通过在导电孔与第一半导体层的接触处设置向第一半导体层凸出的延伸孔，增大了导电孔与第一半导体层的接触面积，改变从第二半导体层流向第一半导体层的电流路径，扩大电流从第二半导体层流向第一半导体层的接触面积，降低接触电阻，提高发光二极管的电流分布的均匀性，降低发光二极管的电压，以及增强发光二极管对大电流的抵抗能力。
在一些实施例中，所述延伸孔和所述导电孔的总深度介于0.5μm～2.5μm。
本实施例通过设置延伸孔和导电孔的总深度，能够有效增大导电孔与第一半导体层的接触面积，有效降低发光二极管的电压，提高发光二极管的发光效率。
在一些实施例中，所述延伸孔具有侧壁，所述侧壁垂直设置或者所述侧壁倾斜设置。
本实施例中延伸孔的侧壁既可以垂直设置也可以倾斜设置。当延伸孔的侧壁倾斜设置时，在延伸孔的深度方向形成一个缓坡，有利于增加后续沉积材料与第一半导体层的接触面积，使得导电孔通过延伸孔增大与第一半导体层的接触面积，电流流向更加均匀，降低发光二极管的电压。
在一些实施例中，所述延伸孔包括通孔和/或环形孔。
本实施例中延伸孔可以只包括通孔，也可以只包括环形孔，还可以包括通孔和环形孔的组合；可以设置成不同图案化的延伸孔。
在一些实施例中，所述延伸孔包括所述通孔和所述环形孔，所述通孔的高度与所述环形孔的高度相等或者不相等。
本实施例中设置的延伸孔包括通孔和环形孔，通过设置通孔和环形孔增大导电孔与第一半导体层的接触面积。当通孔的高度与环形孔的高度相等时，制备发光二极管的工艺比较简单；当通孔的高度与环形孔的高度不相等时，发光二极管的电流流向改变，电流分布更均匀。
在一些实施例中，所述延伸孔具有与所述导电孔接触的第一接触面，所述导电孔具有与所述延伸孔接触的第二接触面，所述第一接触面位于所述第二接触面的内。
本实施例中第一接触面位于第二接触面内，保证电流沿延伸孔、导电孔至第一半导体层的导通路线，增大导电孔与第一半导体层的接触面积。
在一些实施例中，还包括与所述第二半导体层背离所述有源层电性连接的第一电连接层，所述第一电连接层靠近所述第二半导体层的一侧具有未被所述外延层覆盖的台面，所述台面上设置有第一电极。
在一些实施例中，还包括第二电连接层以及与所述第二电连接层电性连接的第二电极，所述第二电连接层穿过所述导电孔以及所述延伸孔与所述第一半导体层电性连接；所述第二电连接层至少覆盖所述第一电连接层背离所述第二半导体层的一侧，所述第二电极覆盖所述第二电连接层远离所述第一电连接层的一侧。
在一些实施例中，所述导电孔的内壁以及所述第一电连接层背离所述第二半导体层的一侧设置有绝缘层，所述第一电连接层和所述第二电连接层通过所述绝缘层彼此电性绝缘。
在一些实施例中，所述第一电连接层与所述第二半导体层之间自所述第二半导体层远离所述有源层的一侧依次叠置透明导电层和反射层。
本申请的另一实施例提供一种发光装置，包括线路板和设置于所述线路板上的多个发光单元，所述发光单元包括本申请提供的发光二极管。
本实施例的发光装置中的发光单元通过采用本申请提供的发光二极管，由于本申请提供的发光二极管在导电孔与第一半导体层的接触处设置向第一半导体层凸出的延伸孔，增大导电孔与第一半导体层的接触面积，改变从第二半导体层流向第一半导体层的电流路孔，扩大电流从第二半导体层流向第一半导体层的接触面积，降低第一半导体层与导电孔的接触电阻，提高发光二极管的电流分布的均匀性，降低发光二极管的电压，以及增强发光二极管对大电流冲击的抵抗能力。
图1所示为现有技术中的一种发光二极管，包括基板001、外延层002、设置于外延层002内的多个导电孔003、第一电连接层004、电极005、第二电连接层006和绝缘层007。其中，基板001具有相对设置的第一表面和第二表面；基板001的第一表面设置有外延层002，外延层002包括沿第一表面依次叠置的第二半导体层023、有源层022和第一半导体层021；导电孔003贯穿第二半导体层023、有源层022以及部分第一半导体层021；第一电连接层004与第二半导体层023靠近第一表面的一侧电连接；第一电连接层004靠近第二半导体层023的一侧未被外延层002覆盖处形成台面，台面上设置有电极005，第一电极层004与第二半导体层023之间自第一表面依次叠置反射层008和导电层009；外延层002与基板001之间自第一表面依次叠置第二电极010、第二电连接层006和绝缘层007，绝缘层007还形成于导电孔003的侧壁，第二电连接层006形成于导电孔003的绝缘层007上，且第二电连接层006穿过导电孔003与第一半导体层004电连接，第一电连接层004与第二电连接层006之间通过绝缘层007彼此绝缘。可见，导电孔003与第一半导体层021为发光二极管提供了一条电流路径，但随着使用功率的提高，发光二极管单位面积上的电流密度越来越大，较大的电流密度会导致发光二极管局部区域电流拥堵，产生较大的电压。
针对以上缺陷，本申请提供一种发光二极管及发光装置。现通过以下实施例进行详细说明。
实施例一
本实施例提供一种发光二极管，如图2和图3所示，该发光二极管包括基板100，基板100具有第一表面和第二表面，形成在基板100的第一表面上方的外延层200，外延层200包括自第一表面依次叠置于基板100上方的第二半导体层203、有源层202以及第一半导体层201。
本实施例中，基板100为外延层200提供机械支撑，基板100为导电性基板，材质例如可以是Cu、W、Mo等。
外延层200位于基板100的第一表面上，第一半导体层201为通过N型掺杂实现提供电子的N型半导体层，N型半导体层的形成可以是在半导体中掺杂例如Si、Ge、Sn、Se、Te等；第二半导体层203为通过P型掺杂实现提供空穴的P型半导体层，P型半导体层的形成可以为在半导体中掺杂例如Mg、Zn、Ca、Sr、Ba等；有源层202为电子和空穴复合提供辐射，有源层202可包括多量子阱结构(MQW)，可以通过调节氮化物类半导体的组成比，使有源层202出射期望的波长。
本实施例中，如图2和图3所示，外延层200中设置有多个导电孔210，导电孔210贯穿第二半导体层203、有源层202以及部分第一半导体层201。其中，导电孔210与第一半导体层201的接触处(也就是导电孔210与第一半导体层201的接触面)设置有向第一半导体层201凸出的延伸孔220。本实施例通过设置延伸孔220，增大了导电孔210与第一半导体层201的接触面积，改变从第二半导体层203流向第一半导体层201的电流路径，扩大电流从第二半导体层203流向第一半导体层201的接触面积，降低接触电阻，提高发光二极管的电流分布的均匀性，降低发光二极管的电压，增强发光二极管对大电流的抵抗能力。
可选实施例中，如图3所示，延伸孔220和导电孔210的总深度介于0.5μm～2.5μm。可选地，延伸孔220和导电孔210的总深度例如可以是0.5μm、0.8μm、1.1μm、1.4μm、1.7μm、2.0μm、2.3μm、2.5μm等。延伸孔220相当于导电孔210的延伸，有效增大导电孔210与第一半导体层201的接触面，有效降低发光二极管的电压，提高发光二极管的发光效率。
可选实施例中，延伸孔220具有侧壁221，侧壁221既可以垂直设置也可以倾斜设置。如图3所示，侧壁221倾斜设置，也就是侧壁221在延伸孔220的深度方向形成一个缓坡，有利于增加后续沉积材料与第一半导体层201的接触面积，使得导电孔210通过延伸孔220增大与第一半导体层的接触面积，改变电流从第二半导体层203流向第一半导体层201的路径，扩大第二半导体层203流向第一半导体层201的接触面积，降低导电孔210与第一半导体层201的接触电阻，降低发光二极管的电压。
可选实施例中，延伸孔220的侧壁221与导电孔210靠近延伸孔220的接触面之间具有一定的夹角，夹角介于50°～130°。当夹角等于90°时，侧壁221与导电孔210靠近延伸孔220的接触面垂直；当夹角大于或等于50°且小于90°时，沿从上至下的方向，延伸孔220的孔径逐渐增大；当夹角大于90°且小于或等于130°时，沿从上至下的方向，延伸孔220的孔径逐渐减小。
可选实施例中，如图3和图4所示，延伸孔220与导电孔210接触的面定义为第一接触面222，导电孔210与延伸孔220接触的面定义为第二接触面211，第一接触面222小于第二接触面211，且第一接触面222位于第二接触面211内，保证电流沿延伸孔220、导电孔210至第一半导体层201的导通路线，增大导电孔210与第一半导体层201的接触面积。
可选实施例中，如图3所示，本实施例的发光二极管还包括第一电连接层300，第一电连接层300与第二半导体层203背离有源层202的一侧电性连接，第一电连接层300靠近第二半导体层203的一侧具有未被外延层200覆盖的台面，台面上设置第一电极400。第一电连接层300的材料为金属，用于与第二半导体层203电性连接，第一电连接层300的材料例如可以是Au、Cu、Ni等。第一电极400的材质为金属，用于通过第一电连接层300与第二半导体层203电性连接，第一电极400的材料例如可以是Ti、Pt、Ni、Au等。
可选实施例中，如图3所示，本实施例的发光二极管还包括第二电连接层500，第二电连接层500至少覆盖第一电连接层300背离第二半导体层203的一侧，且第二电连接层500穿过导电孔210以及延伸孔220与第一半导体层201电性连接；第二电连接层500背离第一电连接层300的一侧覆盖第二电极600，第二电极600与第二电连接层500电性连接。第二电连接层500用于与第一半导体层201电性连接，第二电连接层500的材料例如可以是Al、Ag、Cr、Pt、TiW等。第二电极600的材料例如可以是Ti、Pt、Au、Sn等。
可选实施例中，如图3所示，第一电连接层300与第二电连接层500之间设置有绝缘层700，第一电连接层300与第二电连接层500之间通过绝缘层700彼此绝缘；为了防止导电孔210与第二半导体层203之间短路，在导电孔210的侧壁设置绝缘层700，导电孔210内的第二电连接层500通过绝缘层700与第二半导体层203彼此绝缘。绝缘层700位于发光二极管的外围边缘处时包裹第一电连接层300的外围边缘，具有保护发光二极管内部结构的作用。绝缘层700的材料例如可以是SiO2、SiN、SiOxNy、TiO2、Si3N4、Al2O3、TiN、AlN、ZrO2、TiAlN、TiSiN、HfO2、TaO2或MgF2中的一种。
可选实施例中，如图3所示，第一电连接层300与第二半导体层203之间自基板100的第一表面依次叠置反射层310和透明导电层320。透明导电层320可以是欧姆接触层，与第二半导体层203形成欧姆接触，透明导电层320的材料例如可以是氧化铟锡(ITO)、锌铟氧化物(IZO)等合金材料。反射层310用于将外延层200朝向基板100的第一表面一侧辐射的光线反射、光线返回至外延层200，并从外延层200的出光侧辐射出去，提高发光二极管的出光效率。可选地，反射层310的材料例如可以是Al、Ag等。
实施例二
本实施例同样提供一种发光二极管，与实施例一所提供的发光二极管的相同之处不再赘述，不同之处在于：
本实施例中，延伸孔220包括通孔223和/或环形孔224。
如图3所示，延伸孔220可以只包括通孔223。
如图5、图6、图7和图8所示，延伸孔220可以包括通孔223和环形孔224。如图6和图8所示，一个环形孔224可环绕一个通孔223，且环形孔224与通孔223具有相同的几何中心，当然环形孔224与通孔223的几何中心点也可以不重合。延伸孔220也可以包括多个环形孔224环绕一个通孔223，且多个环形孔224与通孔223具有相同的几何中心点，或者多个环形孔224与通孔223的几何中心点不重合。由于延伸孔220包括通孔223和环形孔224，如图6所示，通孔223的高度与环形孔224的高度可以不相同；如图8所示，通孔223的高度与环形孔224的高度也可以相同。
如图9、图10和图11所示，延伸孔220可以只包括环形孔224。
可选实施例中，通孔223的开口形状由发光二极管的俯视图观之可以包含圆形、椭圆形、矩形、方形、菱形、多边形、或者任意形状；环形孔224的开口形状由发光二极管的俯视图观之可以包含圆环、椭圆形环、矩形环、方形环、菱形环、多边形环、或者任意形状的环状；当延伸孔220包括通孔223和环形孔224时，通孔223的开口形状和环形孔224的开口形状可以相同，也可以不同。
实施例三
本实施例提供一种发光装置，如图12所示，本实施例的发光装置包括线路板31和设置于线路板31上的多个发光单元32，发光单元32可以是实施例一和/或实施例二提供的发光二极管。实施例一和实施例二提供的发光二极管通过在导电孔210与第一半导体层201的接触处设置向第一半导体层201凸出的延伸孔220，增大了导电孔210与第一半导体层201的接触面积，改变从第二半导体层203流向第一半导体层201的电流路径，扩大电流从第二半导体层203流向第一半导体层201的接触面积，降低接触电阻，提高发光二极管电流分布的均匀性，降低发光二极管的电压，增强发光二极管对大电流的抵抗能力。
上述发光装置可用于车辆的照明等，能够降低发光装置的电压，增强发光装置对大电流的抵抗能力。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (11)
1.一种发光二极管，其特征在于，包括：
外延层，所述外延层包括依次叠置的第一半导体层、有源层和第二半导体层；
导电孔，所述导电孔设置于所述外延层中，且贯穿所述第二半导体层、所述有源层以及部分所述第一半导体层；
其中，所述导电孔与所述第一半导体层的接触处设置有向所述第一半导体层凸出的延伸孔。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述延伸孔和所述导电孔的总深度介于0.5μm～2.5μm。
3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述延伸孔具有侧壁，所述侧壁垂直设置或者所述侧壁倾斜设置。
4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述延伸孔包括通孔和/或环形孔。
5.根据权利要求4所述的发光二极管，其特征在于，所述延伸孔包括所述通孔和所述环形孔，所述通孔的高度与所述环形孔的高度相等或者不相等。
6.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述延伸孔具有与所述导电孔接触的第一接触面，所述导电孔具有与所述延伸孔接触的第二接触面，所述第一接触面位于所述第二接触面内。
7.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，还包括与所述第二半导体层背离所述有源层一侧电性连接的第一电连接层，所述第一电连接层靠近所述第二半导体层的一侧具有未被所述外延层覆盖的台面，所述台面上设置有第一电极。
8.根据权利要求7所述的发光二极管，其特征在于，还包括第二电连接层以及与所述第二电连接层电性连接的第二电极，所述第二电连接层穿过所述导电孔以及所述延伸孔与所述第一半导体层电性连接；所述第二电连接层至少覆盖所述第一电连接层背离所述第二半导体层的一侧，所述第二电极覆盖所述第二电连接层远离所述第一电连接层的一侧。
9.根据权利要求8所述的发光二极管，其特征在于，所述导电孔的内壁以及所述第一电连接层背离所述第二半导体层的一侧设置有绝缘层，所述第一电连接层和所述第二电连接层通过所述绝缘层彼此电性绝缘。
10.根据权利要求7所述的发光二极管，其特征在于，所述第一电连接层与所述第二半导体层之间自所述第二半导体层远离所述有源层的一侧依次叠置透明导电层和反射层。
11.一种发光装置，其特征在于，包括线路板和设置于所述线路板上的多个发光单元，所述发光单元包括权利要求1～10任一项所述的发光二极管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311864292.9A CN117913194A (zh) | 2023-12-29 | 2023-12-29 | 一种发光二极管及发光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311864292.9A CN117913194A (zh) | 2023-12-29 | 2023-12-29 | 一种发光二极管及发光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117913194A true CN117913194A (zh) | 2024-04-19 |
Family
ID=90694614
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311864292.9A Pending CN117913194A (zh) | 2023-12-29 | 2023-12-29 | 一种发光二极管及发光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117913194A (zh) |
-
2023
- 2023-12-29 CN CN202311864292.9A patent/CN117913194A/zh active Pending
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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