CN215869438U - 一种发光二极管 - Google Patents

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蔡家豪
周立
汪琴
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Abstract

本实用新型提供一种发光二极管，所述发光二极管的电流扩展层包括第一扩展层和第二扩展层，其中，第一扩展层具有通孔，第二扩展层为导电性较强的石墨烯层，石墨烯层覆盖第一扩展层通孔的侧壁及部分表面，使电流通过石墨烯层在纵向与横向上同时流入第一扩展层，再流入外延层，由于石墨烯材料具有良好的导电性，且透光率高，因此相比于仅设置一层电流扩展层的发光二极管，具有更佳的电流扩展效果，从而能够使发光二极管的工作电压得到有效降低，进一步提高其出光效率；此外，所述石墨烯层的厚度介于
Figure DDA0003143958760000012
至
Figure DDA0003143958760000011
之间，这样既保证了电流扩展层具有良好的导电性，又在最大程度上提高了发光二极管的出光效率。

Description

一种发光二极管
技术领域
本实用新型涉及半导体技术领域，具体的，涉及一种发光二极管。
背景技术
发光二极管由于具有发光效率高、寿命长、环保等优点，已经广泛应用在固态照明、显示、移动照明等领域，进一步提高其发光效率仍然是当前行业发展的重点。在现有技术中，主要通过降低发光二极管的工作电压和减少光线在外延结构中的损失，来达到提高其发光效率的目的，然而改善过程较为缓慢。
实用新型内容
鉴于以上所述现有技术的不足，本实用新型提出一种发光二极管，所述发光二极管的电流扩展层包括第一扩展层和第二扩展层，其中，第一扩展层具有通孔，第二扩展层为导电性较强的石墨烯层，石墨烯层覆盖第一扩展层通孔的侧壁及部分表面，使电流通过石墨烯层在纵向与横向上同时流入第一扩展层，再流入外延层，由于石墨烯材料具有良好的导电性，且透光率高，因此相比于仅设置一层电流扩展层的发光二极管，具有更佳的电流扩展效果，从而能够使发光二极管的工作电压得到有效降低，提高其出光效率；此外，所述石墨烯层的厚度介于
Figure BDA0003143958740000011
至
Figure BDA0003143958740000012
之间，这样既保证了电流扩展层具有良好的导电性，又在最大程度上提高了发光二极管的出光效率。
为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种发光二极管，所述发光二极管包括：
衬底；
外延层，形成在所述衬底表面，所述外延层包括依次叠置的第一半导体层、有源层及第二半导体层，所述第一半导体层形成第一台面，所述第一半导体层、第二半导体层和有源层形成高于所述第一台面的第二台面；
电流扩展层，所述电流扩展层包括形成在所述第二台面上的第一扩展层和第二扩展层，所述第一扩展层具有通孔，所述第二扩展层形成在所述通孔的侧壁上及所述第一扩展层的至少部分表面上。
可选地，所述第二扩展层的导电性大于所述第一扩展层的导电性。
可选地，所述第二扩展层为石墨烯层。
可选地，所述第二扩展层为单层或多层结构。
可选地，所述发光二极管还包括：
第一电流阻挡层，形成在所述第一台面的部分表面上；
第二电流阻挡层，形成在所述第二台面的部分表面上，且所述第二电流阻挡层的侧壁和部分表面被所述第一扩展层包覆。
可选地，所述发光二极管还包括：
第一电极结构，形成在所述第一台面上与所述第一半导体层电连接；
第二电极结构，填充在所述通孔中并覆盖所述第二扩展层，以通过所述第二扩展层和所述第一扩展层与所述第二半导体层电连接。
可选地，所述电流扩展层还包括形成在所述第一台面上的第三扩展层，所述第三扩展层位于所述第一半导体层与所述第一电极结构之间。
可选地，所述第三扩展层环绕所述第一电流阻挡层。
可选地，所述第三扩展层从第一台面的表面延伸至第一电流阻挡层的部分表面。
可选地，所述第三扩展层为石墨烯层。
可选地，所述第三扩展层为单层或多层结构。
可选地，还包括绝缘保护层，所述绝缘保护层形成在所述第一台面的表面、第二台面的表面及侧壁，以及所述第一电极结构和所述第二电极结构的侧壁上。
本实用新型的发光二极管，至少具有以下有益效果：
本实用新型提出的发光二极管的电流扩展层包括第一扩展层和第二扩展层，其中，第一扩展层具有通孔，第二扩展层为导电性较强的石墨烯层，石墨烯层覆盖第一扩展层通孔的侧壁及部分表面，使电流通过石墨烯层在纵向与横向上同时流入第一扩展层，再流入外延层，由于石墨烯材料具有良好的导电性，且透光率高，因此相比于仅设置一层电流扩展层的发光二极管，具有更佳的电流扩展效果，从而能够使发光二极管的工作电压得到有效降低，进一步提高其出光效率；此外，所述石墨烯层的厚度介于
Figure BDA0003143958740000031
至
Figure BDA0003143958740000032
之间，这样既保证了电流扩展层具有良好的导电性，又在最大程度上提高了发光二极管的出光效率。
附图说明
图1显示为实施例一提供的发光二极管的结构示意图。
图2显示为图1框A中的局部结构示意图。
图3显示为实施例二提供的发光二极管的结构示意图。
图4显示为实施例二提供的另一种发光二极管的结构示意图。
元件标号说明
1 衬底
2 外延层
21 第一半导体层
22 有源层
23 第二半导体层
210 第一台面
220 第二台面
31 第一扩展层
310 第一扩展层通孔
32 第二扩展层
33 第三扩展层
41 第一电极结构
42 第二电极结构
51 第一电流阻挡层
52 第二电流阻挡层
6 绝缘保护层
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它优点与功效。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，虽图示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形态、数量、位置关系及比例可在实现本方技术方案的前提下随意改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
实施例一
本实施例提供了一种发光二极管，如图1所示，所述发光二极管包括：衬底1、外延层2以及电流扩展层，所述电流扩展层包括第一扩展层31及第二扩展层32。
上述衬底1可以是蓝宝石衬底、碳化硅衬底、氮化硅衬底、氮化镓衬底、硅衬底、玻璃衬底等任意适合的衬底。本实施例优选蓝宝石衬底为例。
作为示例，所述外延层2为氮化镓基外延层，形成在衬底1上方。外延层2包括依次叠置的第一半导体层21、有源层22及第二半导体层23。如图1所示，上述外延层2形成不同的台面结构，其中，第一半导体层21形成第一台面210，第一半导体层21、第二半导体层23和有源层22形成高于所述第一台面的第二台面220。所述第一半导体层21为n型掺杂，例如Si、Ge、或者Sn的n型掺杂物；所述第二半导体层23为p型掺杂，例如Mg、Zn、Ca、Sr、或者Ba的p型掺杂物；所述有源层22为能够提供辐射发光的材料，可以是单量子阱层或多量子阱层，在本实施例中，所述有源层22为多量子阱层。
参照图1和图2，所述电流扩展层包括第一扩展层31及第二扩展层32，第一扩展层31和第二扩展层32均形成在第二台面220上，其中，第一扩展层31具有通孔310，第二扩展层32形成在第一扩展层通孔310的侧壁及第一扩展层31的至少部分表面。在本实施例的其他可选实施例中，第二扩展层32还可以形成在通孔310的侧壁，以及全面覆盖第一扩展层31的上表面。优选地，第二扩展层32的导电性大于第一扩展层31的导电性，电流通过第二扩展层32在纵向与横向上同时流入第一扩展层31，再流入外延层2，因此相比于仅设置一层电流扩展层的发光二极管，具有更佳的电流扩展效果，从而能够使发光二极管的工作电压得到有效降低，提高其出光效率。
作为示例，第一扩展层31的材料可以选自氧化铟锡(ITO)、氧化镉锡、氧化锑锡、氧化锌及氧化锌锡中的一种或几种，在本实施例中，第一扩展层31的材料为ITO。第二扩展层32可以是石墨烯等导电性大于第一扩展层31的材料层。可选实施例中，第二扩展层32可以为单层结构或多层结构，例如，可以是单层石墨烯层或多层石墨烯层。如图2所示，石墨烯层具有一厚度d，该厚度d介于
Figure BDA0003143958740000051
若厚度d小于
Figure BDA0003143958740000052
则无法保证第二扩展层32的电流扩展效果，如果厚度大于
Figure BDA0003143958740000053
第二扩展层32则会吸收部分的光，因此，厚度d介于
Figure BDA0003143958740000054
的第二扩展层32既保证了其具有良好的电流扩展作用，又在最大程度上提高了发光二极管的出光效率。
如图1所示，所述发光二极管还包括第一电流阻挡层51和第二电流阻挡层52，其中，第一电流阻挡层51形成在第一台面210的部分表面上，与第一半导体层21相连；第二电流阻挡层52形成在第二台面220的部分表面上，并且位于第一扩展层通孔310的下方，第二电流阻挡层52的侧壁和部分表面被第一扩展层31包覆。作为示例，第一电流阻挡层51和第二电流阻挡层52的材料可以选自SiO2、Si3N4、SiC中的一种或几种。
作为示例，外延层2的上方还形成有第一电极结构41和第二电极结构42。第一电极结构41形成在第一台面210的表面上，覆盖第一电流阻挡层51，且与第一半导体层21连接；第二电极结构42填充在第一扩展层的通孔310中，并覆盖第二扩展层32，以通过第二扩展层32和第一扩展层31与第二半导体层23电连接。
作为示例，所述发光二极管还包括绝缘保护层6，绝缘保护层6形成在第一台面210表面、第二台面220的表面及侧壁上，以及第一电极结构41和第二电极结构42的侧壁上，露出第一电极结构41和第二电极结构42的部分表面，大大提高了发光二极管的可靠性。作为示例，绝缘保护层6可以是SiO2、SiC、Al2O3、SiNx、SiON或者它们的复合结构。
本实用新型提出的发光二极管的电流扩展层包括第一扩展层和第二扩展层，其中，第一扩展层具有通孔，第二扩展层为导电性较强的石墨烯层，石墨烯层覆盖第一扩展层通孔的侧壁及部分表面，使电流通过石墨烯层在纵向与横向上同时流入第一扩展层，再流入外延层，由于石墨烯材料具有良好的导电性，且透光率高，因此相比于仅设置一层电流扩展层的发光二极管，具有更佳的电流扩展效果，从而能够使发光二极管的工作电压得到有效降低，提高其出光效率；此外，所述石墨烯层的厚度介于
Figure BDA0003143958740000055
至
Figure BDA0003143958740000056
之间，这样既保证了电流扩展层具有良好的导电性，又在最大程度上提高了发光二极管的出光效率。
实施例二
本实施例同样提供一种发光二极管，本实施例与实施例一的相同之处，在此不再赘述。不同之处在于，在本实施例中，如图3所示，电流扩展层除了包括第一扩展层31、第二扩展层32之外，还包括第三扩展层33。
作为示例，第三扩展层33形成在第一台面210上，具体地，位于第一半导体层21与第一电极结构41之间，使第一电极结构41通过第三扩展层33与第一半导体层21相连接。在本实施例中，第三扩展层33环绕第一电流阻挡层51形成在第一电流阻挡层的侧壁上，此时第三扩展层33的厚度小于或等于第一电流阻挡层51的厚度。在本实施例的另一可选实施例中，第三扩展层33从第一台面210的表面延伸至第一电流阻挡层51的部分表面，如图4所示，此时第三扩展层33的厚度大于第一电流阻挡层51的厚度。优选地，第三扩展层33的厚度小于或等于第一电流阻挡层51的厚度。
作为示例，第三扩展层33可以是单层结构或多层结构，在本实施例中，第三扩展层33的厚度介于
Figure BDA0003143958740000061
在可选实施例中，第三扩展层33同样可以是石墨烯层。石墨烯层具有良好的导电性，在第一电极结构41与第一半导体层21之间设置石墨烯层，有利于电流进一步从外延层扩展至第一电极结构。
本实施例提供的发光二极管在第一电极结构与第一半导体层之间、第二电极结构与第二半导体层之间均设置石墨烯层，使第一电极结构、第二电极结构均与石墨烯层直接接触，能够进一步提高电流扩展效果，使发光二极管的工作电压得到有效降低，提高其出光效率。
综上所述，本实用新型提供一种发光二极管，所述发光二极管的电流扩展层包括第一扩展层和第二扩展层，其中，第一扩展层具有通孔，第二扩展层为导电性较强的石墨烯层，石墨烯层覆盖第一扩展层通孔的侧壁及部分表面，使电流通过石墨烯层在纵向与横向上同时流入第一扩展层，再流入外延层，由于石墨烯材料具有良好的导电性，且透光率高，因此相比于仅设置一层电流扩展层的发光二极管，具有更佳的电流扩展效果，从而能够使发光二极管的工作电压得到有效降低，进一步提高其出光效率；此外，所述石墨烯层的厚度介于
Figure BDA0003143958740000062
至
Figure BDA0003143958740000063
之间，这样既保证了电流扩展层具有良好的导电性，又在最大程度上提高了发光二极管的出光效率。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，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实用新型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，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种发光二极管，包括：
衬底；
外延层，形成在所述衬底表面，所述外延层包括依次叠置的第一半导体层、有源层及第二半导体层，所述第一半导体层形成第一台面，所述第一半导体层、第二半导体层和有源层形成高于所述第一台面的第二台面；
电流扩展层，所述电流扩展层包括形成在所述第二台面上的第一扩展层和第二扩展层，所述第一扩展层具有通孔，
其特征在于，所述第二扩展层形成在所述通孔的侧壁上及所述第一扩展层的至少部分表面上。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第二扩展层的导电性大于所述第一扩展层的导电性。
3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第二扩展层为石墨烯层。
4.根据权利要求3所述的发光二极管，其特征在于，所述第二扩展层为单层或多层结构。
5.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第二扩展层的厚度介于
Figure DEST_PATH_FDA0003393537230000011
6.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，还包括：
第一电流阻挡层，形成在所述第一台面的部分表面上；
第二电流阻挡层，形成在所述第二台面的部分表面上，且所述第二电流阻挡层的侧壁和部分表面被所述第一扩展层包覆。
7.根据权利要求6所述的发光二极管，其特征在于，还包括：
第一电极结构，形成在所述第一台面上与所述第一半导体层电连接；
第二电极结构，填充在所述通孔中并覆盖所述第二扩展层，以通过所述第二扩展层和所述第一扩展层与所述第二半导体层电连接。
8.根据权利要求7所述的发光二极管，其特征在于，所述电流扩展层还包括形成在所述第一台面上的第三扩展层，所述第三扩展层位于所述第一半导体层与所述第一电极结构之间。
9.根据权利要求8所述的发光二极管，其特征在于，所述第三扩展层环绕所述第一电流阻挡层。
10.根据权利要求9所述的发光二极管，其特征在于，所述第三扩展层从第一台面的表面延伸至第一电流阻挡层的部分表面。
11.根据权利要求8所述的发光二极管，其特征在于，所述第三扩展层为石墨烯层。
12.据权利要求11所述的发光二极管，其特征在于，所述第三扩展层为单层或多层结构。
13.根据权利要求7所述的发光二极管，其特征在于，还包括绝缘保护层，所述绝缘保护层形成在所述第一台面的表面、第二台面的表面及侧壁，以及所述第一电极结构和所述第二电极结构的侧壁上。
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