CN214956920U - 发光二极管芯片、发光二极管背板和发光二极管显示面板 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种发光二极管芯片、发光二极管背板和发光二极管显示面板，包括：衬底；反射层，位于所述衬底上；外延层，位于所述反射层上，所述外延层包括第一半导体层，发光层和第二半导体层；电流扩展层，位于所述第二半导体层上；凹槽，位于所述衬底上，暴露出所述第一半导体层；第一电极，位于所述凹槽内，所述第一电极与所述第一半导体层接触；第二电极，位于所述电流扩展层上，所述第二电极与所述电流扩展层接触；其中，所述反射层包括第一材料层和第二材料层，所述第一材料层位于所述第二材料层上，所述第二材料层的折射率大于所述第一材料层的折射率。本实用新型提出的发光二极管芯片具有更高的亮度。

Description

发光二极管芯片、发光二极管背板和发光二极管显示面板

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管芯片及其应用的背板、显示面板。

背景技术

LED(Light Emitting Diode)芯片，也称为LED发光芯片，是LED灯的核心组件，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电能转化为光能。LED芯片中位于衬底之上的发光结构主要由两部分组成，一部分是P型半导体，空穴为多数载流子，另一部分是N型半导体，电子为多数载流子，两种半导体连接起来时，形成P-N结。当电流通过导线作用于这个芯片的时候，电子就会被推向P区，在P-N结合区(如量子阱区)电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED芯片发光的原理，其中，发出光的颜色依赖于光波长，且由形成P-N结的材料决定的。LED在生产过程中不要添加“汞”，也不需要充气，不需要玻璃外壳，抗冲击性好，抗震性好，不易破碎，便于运输，非常环保，被称为“绿色能源”。

最初LED用作仪器仪表的指示光源，后来各种光色的LED在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用，产生了很好的经济效益和社会效益。汽车信号灯也是LED光源应用的重要领域。随着半导体科技的进步，现今的LED芯片已具备了高亮度的输出，加上LED 芯片具有省电、体积小、低电压驱动、寿命非常长(普遍在5万至10万小时之间)等优点，因此，LED芯片已广泛地应用在显示器与照明等领域。不过，提高LED芯片的亮度，仍是改进LED芯片质量的主导方向。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的缺陷，本实用新型提出发光二极管芯片、发光二极管背板和发光二极管显示面板，该发光二极管芯片可以具有更高的亮度，并且可以提高背板和显示面板的亮度。

为实现上述目的及其他目的，本实用新型提出一种发光二极管芯片，包括：

衬底；

反射层，位于所述衬底上；

外延层，位于所述反射层上，所述外延层包括第一半导体层，发光层和第二半导体层；

电流扩展层，位于所述第二半导体层上；

凹槽，位于所述衬底上，暴露出所述第一半导体层；

第一电极，位于所述凹槽内，所述第一电极与所述第一半导体层接触；

第二电极，位于所述电流扩展层上，所述第二电极与所述电流扩展层接触；

其中，所述反射层包括第一材料层和第二材料层，所述第一材料层位于所述第二材料层上，所述第二材料层的折射率大于所述第一材料层的折射率；

其中，所述第一电极和所述第二电极位于所述衬底的同侧。

进一步地，所述第一半导体层位于所述衬底上，所述发光层位于所述第一半导体层上，所述第二半导体层位于所述发光层上。

进一步地，所述第一半导体层包括N型半导体层，所述第二半导体层包括P型半导体层。

进一步地，所述第一材料层的厚度等于所述第二材料层的厚度。

进一步地，还包括绝缘层，所述绝缘层位于所述凹槽，所述第二半导体层上。

进一步地，所述发光层包括周期交替生长的阱层和垒层。

进一步地，所述第一电极的高度大于所述第二电极的高度。

进一步地，所述阱层和所述垒层的总层数为40-50层。

进一步地，所述反射层的反射波长为560-740nm。

进一步地，本实用新型还提出一种发光二极管背板，包括：

基板；

多个发光二级芯片，设置在所述基板上，其中所述发光二极管芯片包括：

衬底；

反射层，位于所述衬底上；

外延层，位于所述反射层上，所述外延层包括第一半导体层，发光层和第二半导体层；

电流扩展层，位于所述第二半导体层上；

凹槽，位于所述衬底上，暴露出所述第一半导体层；

第一电极，位于所述凹槽内，所述第一电极与所述第一半导体层接触；

第二电极，位于所述电流扩展层上，所述第二电极与所述电流扩展层接触；

其中，所述反射层包括第一材料层和第二材料层，所述第一材料层位于所述第二材料层上，所述第二材料层的折射率大于所述第一材料层的折射率；

其中，所述第一电极和所述第二电极位于所述衬底的同侧。

进一步地，本实用新型还提出一种发光二极管显示面板，其特征在于，包括：

电路板；

多个发光二级芯片，设置在所述电路板上，

显示单元，设置在所述发光二极管芯片的出光方向上，其中所述发光二极管芯片包括：

衬底；

反射层，位于所述衬底上；

外延层，位于所述反射层上，所述外延层包括第一半导体层，发光层和第二半导体层；

电流扩展层，位于所述第二半导体层上；

凹槽，位于所述衬底上，暴露出所述第一半导体层；

第一电极，位于所述凹槽内，所述第一电极与所述第一半导体层接触；

第二电极，位于所述电流扩展层上，所述第二电极与所述电流扩展层接触；

其中，所述反射层包括第一材料层和第二材料层，所述第一材料层位于所述第二材料层上，所述第二材料层的折射率大于所述第一材料层的折射率；

其中，所述第一电极和所述第二电极位于所述衬底的同侧。

综上所述，本实用新型提出发光二极管芯片、发光二极管背板和发光二极管显示面板，通过在衬底和发光层之间设置反射层，该反射层可以为布拉格反射层，该反射层可以将部分射向衬底的光反射回去，从而增大整个LED芯片的出光效率，也就是提高LED芯片的亮度。由于发光二极管芯片具有更高的亮度，因此背板和显示面板可以具有更高的亮度。

附图说明

图1：本实用新型中发光二极管芯片的示意图。

图2：本实用新型中反射层的示意图。

图3：本实用新型中发光层的示意图。

图4：本实用新型中绝缘层的示意图。

图5：本实用新型中使用发光二极管芯片的背板的示意图。

图6：本实用新型中使用发光二极管芯片的显示面板的示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，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实用新型的其他优点与功效。本实用新型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，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本实用新型提出一种发光二极管芯片100，该发光二极管芯片100包括衬底110，衬底110是外延层生长的基板，具有支撑和稳定的作用。衬底110的材料包括但不限于蓝宝石、氮化铝、氮化镓、硅、碳化硅；所述衬底110可为平面衬底或图案化衬底。

如图1-图2所示，在衬底110上形成有反射层111，反射层111包括第一材料层1111和第二材料层1112，第一材料层1111位于第二材料层1112上。第一材料层1111和第二材料层1112的厚度可以相同，第一材料层1111的厚度例如为140-190nm。第一材料层1111的折射率小于第二材料层1112的折射率。第一材料层1111和第二材料层1112可以组合形成布拉格反射层，布拉格反射层可以将部分射向衬底的光反射回去，从而增大整个LED芯片的出光效率，也就是提高LED芯片的亮度。在本实施例中，该反射层111的反射波长例如为 560-740nm。第一材料层1111和第二材料层1112的厚度也可以为其反射波长的四分之一。所述第一材料层111可以为AlAS，第二材料层112可以为AlGaAS。

如图1所示，在形成反射层111之后，然后在反射层111形成外延层120，外延层120包括第一半导体层121，发光层122和第二半导体层123。第一半导体层121位于衬底110上，发光层122位于第一半导体层121上，第二半导体层123位于发光层122上。第一半导体层121例如为N型半导体层，例如为N型氮化镓；第二半导体层123例如为P型半导体层，例如为P型氮化镓。也就是说第一半导体层121和第二半导体层123类型不同。在形成所述第一半导体层121时，可以将衬底110放置在沉积腔体内，然后向沉积腔体内通入Ga源(三甲基镓)和N源(氨气)，然后将沉积腔体的温度升高至1100-1200℃，从而可以在衬底110 上生长第一半导体层121。第一半导体层121的厚度可以为4-5微米。在一些实施例中，第一半导体层121还可以为硅掺杂的半导体层。

如图1-图2所示，在本实施例中，发光层122包括缓冲层1221，阱层1222和垒层1223，阱层1222和垒层1223可以依序周期交替生长。缓冲层1221可以位于第一半导体层121上，在形成缓冲层1221时，将衬底110放置在沉积腔体中，然后将沉积腔体加热至1100℃时，向沉积腔体内通入氢气，通入氢气的时间为6-7分钟，然后将沉积腔体降低至900-1000℃时，向沉积腔体内通入Ga源(三甲基镓)和N源(氨气)，然后在第一半导体层121上形成缓冲层1221。所述缓冲层1221的厚度可以为30-40nm。

如图3所示，在形成缓冲层1221之后，将沉积腔体的温度降低至800-900℃，通入In源， Ga源，N源生长阱层1222，阱层1222位于缓冲层1221上，然后在阱层1222上生长垒层1223。在本实施例中，阱层1222和垒层1223依序周期交替生长，因此可以在发光层120中形成至少一个复合阱，复合阱可以提高发光二极管芯片的发光效率。阱层1222的厚度可以为5-6nm，垒层1223的厚度可以为5-6nm。

如图3所示，在本实施例中，阱层1222和垒层1223周期交替生长，阱层1222和垒层1223的总层数可以为40-50层，例如为41-45层。需要说明的是，在形成阱层1222时，不需掺杂离子，在形成垒层1223时，还可以掺杂硅离子，硅离子的掺杂浓度可以为10¹⁸-3×10¹⁸/cm³。

如图1所示，在形成发光层122之后，还可以在发光层122上生长第二半导体层123，第二半导体层123可以为P型氮化镓层，第二半导体层123的形成过程可以参考第一半导体层121的形成过程。

如图1所示，在形成第二半导体层123之后，还可以在第二半导体层123上透明导电层 130，透明导电层130的材料可以包括ITO，ZITO，ZIO，GIO，ZTO，FTO，AZO，GZO， In₄Sn₃O₁₂或NiAu等透明导电层，不以此为限。本实施例可采用热蒸镀或者溅射的方式形成所述透明导电层130，所述透明导电层130的厚度介于60nm-240nm，例如为100nm。在形成透明导电层130之后，还可以进行快速热退火工艺，从而对透明导电层130进行退火。在一些实施例中，还可以在第二半导体层123和透明导电层130之间形成电流阻挡层，从而可以防止漏电的发生。

如图1所示，在形成透明导电层130之后，然后对透明导电层130，第二半导体层123和发光层122进行刻蚀，从而在衬底110上形成一个凹槽140。该凹槽140暴露出第一半导体层1221，也就是说该凹槽140的深度等于发光层1222，第二半导体层123和透明导电层 130的厚度之和。当然，在一些实施例中，在形成凹槽140时，还可以对第一半导体层1221 进行刻蚀，也就是说凹槽140的深度还可以包括部分厚度的第一半导体层1221。在一些实施例中，凹槽140的横截面可以为倒梯形。

如图1所示，在形成凹槽140之后，然后在发光二极管芯片的正面形成绝缘层150，也就是说绝缘层150完全覆盖透明导电层130和凹槽140暴露出的第一半导体层1221，同时绝缘层150还覆盖凹槽140的侧壁。然后在绝缘层150上形成光阻层，依照光阻层在绝缘层150 上形成两个开口，其中一个开口位于凹槽140内，且暴露出第一半导体层1221，另外一个开口位于透明导电层130上，且暴露出透明导电层130。本实施例中形成的两个开口可以用于形成第一电极160和第二电极170。第一电极160位于凹槽140内，且可以和第一半导体层 1221接触，第二电极170位于透明导电层130上，且与透明导电层130接触。第一电极160可以为N电极，第二电极170可以为P电极，第一电极160的高度大于第二电极170的高度，且第一电极160和第二电极170位于衬底110的同侧。所述第一电极160和所述第二电极170 材料为多层金属结构，所述多层金属结构包括依次叠层排列的CrAlTiNiTiNiTiNiAu或CrAlNiPtNiPtNiPtAu。从图1中可以看出，绝缘层150覆盖在发光二极管芯片正面除第一电极160和第二电极170之外的所有区域。

如图4所示，在本实施例中，绝缘层150可以包括交替生长的第一绝缘层151和第二绝缘层152。第一绝缘层151和第二绝缘层152的总层数可以为35-45层，例如为40层。第一绝缘层151的折射率和第二绝缘层152的折射率不同。所述第一绝缘层为TiO₂层，所述第二绝缘层为SiO₂层。第一绝缘层151和第二绝缘层152的总厚度可以为3-5微米。

在本实施例中，可以通过金属有机化合物化学气相沉积方法形成该发光二极管芯片。

需要说明的是，本实施例中所述的发光二极管芯片可应用于诸如MiniLED、MircoLED 或小间距LED中，当然也可应用于更大或更小尺度LED中；也即本实施例中所述的发光二极管芯片尺度可处于微米尺度，亦可大于或者小于微米尺度。

如图5所示，本实施例还提出一种发光二极管背板，包括基板10和多个发光二极管芯片 100，发光二极管芯片100可以倒装设置在基板10上，由于发光二极管芯片100具有更高的亮度，因此背板可以具有更高的亮度。

如图6所示，本实施例还提出一种发光二极管显示面板，包括电路板11，多个发光二极管芯片100和显示单元200。发光二极管芯片100可以倒装设置在电路板11上，显示单元200 可以位于发光二极管芯片100的出光方向上，由于发光二极管芯片100具有更高的亮度，因此显示面板可以具有更高的亮度。

综上所述，本实用新型提出发光二极管芯片、发光二极管背板和发光二极管显示面板，通过在衬底和发光层之间设置反射层，该反射层可以为布拉格反射层，该反射层可以将部分射向衬底的光反射回去，从而增大整个LED芯片的出光效率，也就是提高LED芯片的亮度。由于发光二极管芯片具有更高的亮度，因此可以背板和显示面板的亮度。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明，本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案，例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本实用新型的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。

Claims (10)

1.一种发光二极管芯片，其特征在于，包括：

衬底；

反射层，位于所述衬底上；

外延层，位于所述反射层上，所述外延层包括第一半导体层，发光层和第二半导体层；

电流扩展层，位于所述第二半导体层上；

凹槽，位于所述衬底上，暴露出所述第一半导体层；

透明导电层，位于所述第二半导体层上；

绝缘层，覆盖所述透明导电层和凹槽暴露出的第一半导体层，所述绝缘层还覆盖凹槽的侧壁；

光阻层，位于所述绝缘层上，所述光阻层在所述绝缘层上形成两个开口，其中一个开口位于所述凹槽内，且暴露出所述第一半导体层，另外一个开口位于所述透明导电层上，且暴露出所述透明导电层；

第一电极，位于所述凹槽内，所述第一电极与所述第一半导体层接触；

第二电极，位于所述开口内，所述第二电极与所述电流扩展层接触；

其中，所述反射层包括第一材料层和第二材料层，所述第一材料层位于所述第二材料层上，所述第二材料层的折射率大于所述第一材料层的折射率；

其中，所述第一电极和所述第二电极位于所述衬底的同侧。

2.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述第一半导体层位于所述衬底上，所述发光层位于所述第一半导体层上，所述第二半导体层位于所述发光层上。

3.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述第一半导体层包括N型半导体层，所述第二半导体层包括P型半导体层。

4.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述第一材料层的厚度等于所述第二材料层的厚度。

5.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，还包括绝缘层，所述绝缘层位于所述凹槽，所述第二半导体层上。

6.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述发光层包括周期交替生长的阱层和垒层。

7.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述第一电极的高度大于所述第二电极的高度。

8.根据权利要求6所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述阱层和所述垒层的总层数为40-50层。

9.一种发光二极管背板，其特征在于，包括：

基板；

多个发光二级芯片，设置在所述基板上，其中所述发光二极管芯片包括：

衬底；

反射层，位于所述衬底上；

外延层，位于所述反射层上，所述外延层包括第一半导体层，发光层和第二半导体层；

电流扩展层，位于所述第二半导体层上；

凹槽，位于所述衬底上，暴露出所述第一半导体层；

透明导电层，位于所述第二半导体层上；

绝缘层，覆盖所述透明导电层和凹槽暴露出的第一半导体层，所述绝缘层还覆盖凹槽的侧壁；

光阻层，位于所述绝缘层上，所述光阻层在所述绝缘层上形成两个开口，其中一个开口位于所述凹槽内，且暴露出所述第一半导体层，另外一个开口位于所述透明导电层上，且暴露出所述透明导电层；

第一电极，位于所述凹槽内，所述第一电极与所述第一半导体层接触；

第二电极，位于所述开口内，所述第二电极与所述电流扩展层接触；

其中，所述反射层包括第一材料层和第二材料层，所述第一材料层位于所述第二材料层上，所述第二材料层的折射率大于所述第一材料层的折射率；

其中，所述第一电极和所述第二电极位于所述衬底的同侧。

10.一种发光二极管显示面板，其特征在于，包括：

电路板；

多个发光二级芯片，设置在所述电路板上，

显示单元，设置在所述发光二极管芯片的出光方向上，其中所述发光二极管芯片包括：

衬底；

反射层，位于所述衬底上；

外延层，位于所述反射层上，所述外延层包括第一半导体层，发光层和第二半导体层；

电流扩展层，位于所述第二半导体层上；

凹槽，位于所述衬底上，暴露出所述第一半导体层；

透明导电层，位于所述第二半导体层上；

绝缘层，覆盖所述透明导电层和凹槽暴露出的第一半导体层，所述绝缘层还覆盖凹槽的侧壁；

光阻层，位于所述绝缘层上，所述光阻层在所述绝缘层上形成两个开口，其中一个开口位于所述凹槽内，且暴露出所述第一半导体层，另外一个开口位于所述透明导电层上，且暴露出所述透明导电层；

第一电极，位于所述凹槽内，所述第一电极与所述第一半导体层接触；

第二电极，位于所述开口内，所述第二电极与所述电流扩展层接触；

其中，所述反射层包括第一材料层和第二材料层，所述第一材料层位于所述第二材料层上，所述第二材料层的折射率大于所述第一材料层的折射率；

其中，所述第一电极和所述第二电极位于所述衬底的同侧。

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