CN210040239U

CN210040239U - 发光二极管

Info

Publication number: CN210040239U
Application number: CN201920595034.8U
Authority: CN
Inventors: 吴永胜; 林新; 林昌江
Original assignee: Fujian Trillion Photoelectric Co Ltd
Current assignee: Fujian Trillion Photoelectric Co Ltd
Priority date: 2019-04-28
Filing date: 2019-04-28
Publication date: 2020-02-07
Anticipated expiration: 2029-04-28

Abstract

本实用新型涉及一种发光二极管。包括：一基板；一在所述基板上形成的n型半导体层；一在所述n型半导体层的部分区域上形成的活性层；一在所述活性层上形成的p型半导体层；一在所述p型半导体层上形成的透明导电层；一p型电极，其在所述透明导电层上形成，与所述p型半导体层电气连接；一n型电极，其在所述n型半导体层上形成，与所述n型半导体层电气连接；一在所述n型半导体层上凸出的台阶结构，以覆盖住所述n型半导体层上与所述活性层对应的部分区域、所述活性层及所述p型半导体层；所述台阶结构的侧壁是具有曲率的曲面。本实用新型台阶结构的侧壁是具有曲率的曲面，这种曲面形状的侧壁可以减小全反射，改善外部光释放效率。

Description

发光二极管

技术领域

本实用新型涉及一种发光二极管，更详细而言，涉及一种蚀刻p型半导体层、活性层及n型半导体层的一部分区域而形成的台阶结构的侧壁为曲面的发光二极管。

背景技术

半导体发光元件当向发光元件施加正向电压时，P型半导体层的空穴与N型半导体层的电子复合，释放具有与带隙能相应波长的光线。氮化镓系半导体(Al_xIn_yGa_1-x-yN；0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1)通过采用不同铝、铟及镓的组成比而可以释放多样波长的光，作为发光元件材料而倍受瞩目。

氮化镓类半导体内部的折射率约为2.4，大于空气折射率（n=1）。因此，氮化镓类半导体内部发生的光线释放到外部时，折射率在界面大幅减小，发生内部全反射现象。此时，光线临界角不超过23°，发生的光线只有极小一部分释放到发光二极管的外部，这成为了外部光释放效率减小的主要原因。

为了使通过p型半导体层来发散光线的epi-side up方式的发光二极管外部光释放效率增加，研究多样的方法，包括为减小因p型电极焊盘吸收的光导致的损失而在p型电极焊盘下部形成反射层的方法、在透明导电层或p型半导体层上部形成凸凹而使得光线具有临界角以下角度地入射的方法等。这些研究主要用于提高通过台阶结构的平坦顶部释放的光线释放效率，但从活性层发生的光线还通过台阶结构的侧面而释放。

因此，需要研究一种用于提高通过台阶结构侧面释放的光线的释放效率、改善光释放效率的结构。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种发光二极管，该发光二极管台阶结构的侧壁是具有曲率的曲面，这种曲面形状的侧壁可以减小全反射，改善外部光释放效率。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种发光二极管，其特征在于，包括：

一基板；

一在所述基板上形成的n型半导体层；

一在所述n型半导体层的部分区域上形成的活性层；

一在所述活性层上形成的p型半导体层；

一在所述p型半导体层上形成的透明导电层；

一p型电极，其在所述透明导电层上形成，与所述p型半导体层电气连接；

一n型电极，其在所述n型半导体层上形成，与所述n型半导体层电气连接；

一在所述n型半导体层上凸出的台阶结构，以覆盖住所述n型半导体层上与所述活性层对应的部分区域、所述活性层及所述p型半导体层；所述台阶结构的侧壁是具有曲率的曲面。

在本实用新型一实施例中，所述台阶结构的侧壁是沿四分圆的弧形成的曲面。

在本实用新型一实施例中，所述基板是形成有凸凹图案的蓝宝石基板。

在本实用新型一实施例中，还包括在所述p型半导体层与所述透明导电层之间的部分区域形成的电流阻挡层；所述p型电极位于与所述电流阻挡层对应的所述透明导电层上的部分区域上。

相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型将所述台阶结构的侧壁形成为具有曲率的曲面，从而在活性层形成的光线通过侧壁释放到外部时，使得可以以临界角以下的角度入射到界面；因此，可以减小因全反射导致的光损失，增大外部光释放效率。

附图说明

图1是图示以往技术的发光二极管的侧面的剖面图。

图2是图示本实用新型一个实施例的发光二极管的侧面的剖面图。

图3是拍摄以往技术的发光二极管的台阶结构的侧壁的扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope)照片。

图4是拍摄本实用新型一个实施例的发光二极管的台阶结构的侧壁的扫描电子显微镜照片。

图中：

10 : 基板

20 : 发光结构物

21 : n型半导体层

23 : 活性层

25 : p型半导体层

31 : n型电极

33 : p型电极

41 : 透明导电层

43 : 电流阻挡层

50 : 钝化层。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的技术方案进行具体说明。

本实用新型允许各种修订及变形，以附图形式示例性图示出其特定实施例并在下面详细说明。但是，并非要将本实用新型限定为公开的特定形态，相反，本实用新型包括与权利要求项定义的本实用新型的思想相符的所有修订、均等及替代内容。

当提及诸如层、区域或基板的要素存在于另一构成要素“上”时，这可以理解为直接存在于另一要素上，或可以在其之间还存在中间要素。

第一、第二等术语可以为了说明各种要素、成分、区域、层及/或地区而使用，但应理解为这种要素、成分、区域、层及/或地区不得由这种术语所限定。

下面参照附图，更详细地说明本实用新型优选实施例。对于以下附图上的相同构成要素，使用相同的附图标记，并省略对相同构成要素的重复说明。

图1是图示以往技术的发光二极管的侧面的剖面图。

参照图1，以往技术的发光二极管包括：基板(10)；发光结构物(20)，其在所述基板上形成，包括n型半导体层(21)、活性层(23)及p型半导体层(25)；在所述p型半导体层(25)上形成的电流阻挡层(43)；在所述p型半导体层(25)及电流阻挡层(43)上形成的透明导电层(41)；在所述透明导电层(41)上形成的p型电极(33)及在所述n型半导体层(21)上形成的n型电极(31)。

发光结构物(20)形成一部分区域凸出的台阶结构，台阶结构的侧面可以是与基板倾斜既定角度α°的直线面。所述倾斜的直线面使得活性层(23)中发生的光在台阶结构侧壁中具有较小入射角，但依然有大量的光线通过全反射而被再吸收。

在发光结构物(20)及透明导电层(41)上可以形成有钝化层(50)。所述钝化层(50)保护发光二极管不受物理化学损伤。

实施例

参照图2，本实用新型一个实施例的发光二极管包括：基板(10)；发光结构物(20)，其在所述基板上形成，包括n型半导体层(21)、活性层(23)及p型半导体层(25)；在所述p型半导体层(25)上形成的电流阻挡层(43)；在所述p型半导体层(25)及电流阻挡层(43)上形成的透明导电层(41)；在所述透明导电层(41)上形成的p型电极(33)及在所述n型半导体层(21)上形成的n型电极(31)。

所述基板(10)只要是能够用作氮化镓类发光二极管基板的公知物质，则可无限制地使用。一般可以为能够使氮化镓类半导体物质生长的SiC、Si、GaN、ZnO、GaAs、GaP、LiAl2O3、BN及AlN中某一者，但不限定于此。所述基板(10)为了使高品质氮化镓发光结构物(20)生长、使从活性层(23)形成的光线反射、提高光功率，可以具有凹凸图案。

在所述基板(10)上形成有氮化镓系发光结构物(20)。首先，n型半导体层(21)在基板(10)上形成。在所述n型半导体层(21)上形成有活性层(23)。在所述活性层(23)上形成有p型半导体层(25)。蚀刻所述p型半导体层(25)及所述活性层(23)的一部分区域，使n型半导体层(21)露出。

所述发光结构物(20)可以为Al_xIn_yGa_1-x-yN (0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1)，所述n型半导体层(21)可以包括诸如硅(Si)、锗(Ge)或锡(Sn)的n型掺杂物质，所述p型半导体层(25)可以包括诸如镁(Mg)、锌(Zn)或镉(Cd)的p型掺杂物质。所述活性层(23)可以具有单一量子阱结构或多重量子阱结构。多重量子阱结构的活性层(23)可以是带隙大的半导体层与小的半导体层交叉层叠的结构。

蚀刻工序后残留的发光结构物(20)形成在n型半导体层(21)的一部分区域、所述n型半导体层(21)的一部分区域上形成的活性层(23)及p型半导体层(25)凸出的台阶结构。所述台阶结构的侧壁是具有曲率的曲面。

所述台阶结构的侧壁可以是沿四分圆的弧而形成的曲面。即，台阶结构的侧壁形成相距存在于台阶结构底面的一点相同距离r的曲面。这种台阶结构在从活性层(23)发光的光线入射到台阶结构侧壁时，使得可以具有临界角以下的入射角。因此，可以减小全反射，增大外部光释放效率。

所述n型半导体层(21)、所述活性层(23)及所述p型半导体层(25)可以借助于化学气相沉积法（Chemical vapor deposition、CVD）而形成，或者可以借助于诸如物理气相沉积（Physical vapor deposition）、溅射（sputtering）、氢气相沉积法（Hydride vaporphase epitaxy、HVPE）或原子层沉积（Atomic layer deposition）的公知沉积方法而形成。

在所述p型半导体层(25)上可以选择性地形成有透明导电层(41)。所述透明导电层(41)可以以非常薄的Ni/Au薄膜或导电性金属氧化物薄膜形成。所述透明导电层(41)可以使电流扩散到空穴密度低的p型半导体层(25)。

当形成有所述透明导电层(41)时，可以在所述p型半导体层(25)上的一部分区域形成电流阻挡层(43)。电流阻挡层(43)在p型电极(33)下方区域形成，防止电流从p型电极(33)下方流入活性区域。因此，电流从p型电极(33)曲折流动，因而可以提高光释放效率。

在从所述台阶结构露出的n型半导体层(21)上形成有n型电极(31)。所述n型电极(31)及p型电极(33)可以使用作为电极物质而公知的导电性物质。例如，所述n型电极(31)及p型电极(33)可以为铝(Al)、银(Ag)、镍(Ni)、钛(Ti)、铂(Pt)、金(Au)、导电性金属氧化物或他们的合金，为了与发光结构物(20)的欧姆接触，可以是在下部形成有诸如镍(Ni)、钛(Ti)或铬(Cr)的欧姆接触层的多层结构。所述n型电极(31)及p型电极(33)可以借助于诸如物理气相沉积（Physical vapor deposition）、溅射（sputtering）、氢气相沉积法（Hydridevapor phase epitaxy、HVPE）或原子层沉积（Atomic layer deposition）的公知的沉积方法而形成。

形成包围所述发光结构物(20)及透明导电层(41)的钝化层(50)。所述钝化层(50)是为了防止因物理、化学及电气损伤导致发光效率减小而形成的。

如果参照图3可以确认，蚀刻发光结构物一部分区域而形成的台阶结构的侧壁，是与基板具有既定角度的平面。此时，从活性层发光的光线可以以大于临界角的角度入射到台阶结构的侧壁。因此，大部分的光线因全反射而被重新吸收，导致光释放效率减小。

如果参照图4可以确认，本实用新型一个实施例的发光二极管的台阶结构的侧壁，是沿四分圆的弧而形成的曲面。此时，从活性层发光的光线可以具有临界角以内角度地入射到台阶结构的侧壁。因此，防止全反射，外部光释放效率大幅增加。

以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种发光二极管，其特征在于，包括：

一基板；

一在所述基板上形成的n型半导体层；

一在所述n型半导体层的部分区域上形成的活性层；

一在所述活性层上形成的p型半导体层；

一在所述p型半导体层上形成的透明导电层；

一在所述n型半导体层上凸出的台阶结构，以覆盖住所述n型半导体层上与所述活性层对应的部分区域、所述活性层及所述p型半导体层；所述台阶结构的侧壁是具有曲率的曲面；所述台阶结构的侧壁是沿四分圆的弧形成的曲面。

2.根据权利要求1的发光二极管，其特征在于，所述基板是形成有凸凹图案的蓝宝石基板。

3.根据权利要求1的发光二极管，其特征在于，还包括在所述p型半导体层与所述透明导电层之间的部分区域形成的电流阻挡层；所述p型电极位于与所述电流阻挡层对应的所述透明导电层上的部分区域上。