CN216902991U - 一种发光二极管和发光装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于半导体技术领域，尤其涉及一种发光二极管，包括衬底和位于所述衬底上的发光结构，所述发光结构包括设置在衬底上的第一半导体层、第二半导体层和位于两者之间的有源层，在所述发光结构上形成台面结构，以露出部分所述第一半导体层，第一半导体层连接有第一电极，第二半导体层连接有第二电极，所述第二电极包括焊盘部和扩展部，所述扩展部的两端分别与所述焊盘部连接，以形成围绕第一电极的封闭结构。本实用新型可以有效缓解局部扩展部电流大而导致的烧毁问题，增加电流分布的均匀性，能有效避免损伤发光面积，提高发光二极管的发光效率。

Description

一种发光二极管和发光装置

技术领域

本实用新型属于半导体技术领域，尤其涉及一种发光二极管和发光装置。

背景技术

发光二极管（Light Emitting Diode，LED）是一种半导体发光元件，它利用半导体PN结注入式电致发光原理制成。LED具有能耗低、体积小、寿命长、稳定性好、响应快和发光波长稳定等好的光电性能，目前已经在照明、家电、显示屏、指示灯等领域有很好的应用。

现有的发光二极管，由于P型层的导电性较差，影响电流的扩展，以致于二极管发光不均匀。为提高其电流扩展能力，通常在P型层表面制作透明导电层，并同时搭配金属电极电流扩展部。但是，金属电极电流扩展部对光的穿透较差，具有较为严重的吸光现象，造成发光效率差的缺点。特别是，针对大尺寸的发光二极管来说，若电极扩展部太少，则电流扩展不均匀；若电极扩展部太多，则吸光现象明显，影响发光效率。同时，P电极扩展部的末端电流密度过大，易出现局部过热和烧伤的现象，从而导致二极管的可靠性变弱及寿命缩短，甚至死灯的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种发光二极管，以改善发光二极管的发光效率偏低、可靠性弱等问题。

一种发光二极管，包括衬底和位于所述衬底上的发光结构，所述发光结构包括设置在衬底上的第一半导体层、第二半导体层和位于两者之间的有源层，在所述发光结构上形成台面结构，以露出部分所述第一半导体层，第一半导体层连接有第一电极，第二半导体层连接有第二电极，所述第二电极包括焊盘部和扩展部，所述扩展部的两端分别与所述焊盘部连接，以形成围绕第一电极的封闭结构

优选的，所述第一电极设置于所述扩展部形成的封闭结构的中央。

优选的，所述扩展部设置于靠近台面结构的位置。

优选的，所述扩展部至所述台面结构的侧壁距离d为0~1mil。

优选的，所述扩展部呈矩形或多边形设置。

优选的，所述扩展部具有复数个折弯部，所述折弯部设置于扩展部形成的封闭结构的顶点处。

优选的，所述扩展部的宽度为2~8μm。

优选的，靠近所述焊盘部的扩展部宽度大于远离焊盘部的扩展部宽度。

优选的，所述第二半导体层和第二电极之间还包括电流扩展层。

本实用新型还提供包括上述发光二极管的发光装置。

本实用新型采用第二电极的闭环设计，使得其扩展部的两端分别与焊盘部连接，以形成环绕第一电极的封闭结构，这样不仅可以有效缓解局部扩展部电流大而导致的烧毁问题，还可以有效改善电流扩展，增加电流分布的均匀性；并通过将第二电极的扩展部向外扩展，使得扩展部靠近发光结构的边缘区域，减小其对发光二极管出光的遮挡，且能提升边缘区域的电流密度，保障了整个发光二极管的亮度以及均匀性；同时，搭配倒装设计，能有效避免损伤发光面积，提高发光二极管的发光效率。

附图说明

图1为现有技术之发光二极管之俯视结构示意图。

图2为本实用新型之一种发光二极管之俯视结构示意图。

图3为本实用新型之一种发光二极管之剖视图。

图4为本实用新型之另一种发光二极管之俯视结构示意图。

图5为本实用新型之发光装置之结构示意图。

具体实施方式

以下实施例将伴随着附图说明本实用新型的概念，在附图或说明中，相似或相同的部分使用相同的标号，并且在附图中，元件的形状或厚度可扩大或缩小。需特别注意的是，图中未绘示或说明书未描述的元件，可以是熟悉此技术的人士所知的形式。

在以下实施例中，用于指示方向的用语，例如“上”、“下”，“前”、“后”、“左”、和“右”，仅指在附图中的方向。因此，方向性用语是用于说明而不是限制本实用新型。

图1为现有技术之发光二极管之俯视结构示意图。

参看附图1，现有技术的发光二极管1包括衬底、N型半导体层、发光层、P型半导体层和电极层。电极层包括电极和扩展部4，其中，P电极3与N电极2设置于发光二极管1的非同一侧，且P电极3连接设置的扩展部4设置为两个，N电极2连接的扩展部4设置为一个。此设计虽可提升电流扩展能力，但扩展部4所占用的面积较大，其会遮挡和吸收发光层发出的光线，从而影响发光亮度。同时，P电极3的扩展部4的末端电流密度较大，易出现局部过热和烧伤的现象，影响二极管的可靠性及寿命。

因此，本实用新型针对以上所述问题，设计并提出一种既不影响发光亮度，又可以提高可靠性的发光二极管。

具体地，请参看附图2和3，本实用新型实施例提供的一种发光二极管，包括衬底10、发光结构20以及电极。

其中，衬底10可以由导电材料或者绝缘材料制成，其制作材料可以选自蓝宝石、SiC、GaAs、GaN、AlN、GaP、Si、ZnO中的任意一种或者几种的组合。为了提高衬底10的出光效率，还可以对其进行图形化处理，在其表面形成一系列凹凸结构。

发光结构20作为发光二极管的主体部分，用于发光。其可以借助金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺形成在衬底上。发光结构20可以包括设置在衬底10上的第一半导体层21、第二半导体层23和位于两者之间的有源层22。

进一步地，第一半导体层21和第二半导体层23均可以由多层III-V族化合物半导体层层叠形成，其可以为单层结构或多层结构。第一半导体层21可以掺杂N型杂质，用于提供电子。N型杂质包括硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、碲(Te)、氧(O)、碳(C)等，本实施例优选Si掺杂。第二半导体层23可以掺杂P型杂质，用于提供空穴。P型杂质包括镁(Mg)、锌(Zn)、铍(Be)、钙(Ca)，本实施例优选Mg掺杂。有源层22可以由量子阱层和量子垒层交替层叠形成的量子阱组成，电子和空穴在有源层22内复合发光。有源层22可以为多量子阱结构。

进一步地，于发光结构20上形成台面结构50，以露出部分第一半导体层21，以使得有源层22及第二半导体层23与第一半导体层21呈台阶状。基于此，发光二极管的电极包括第一电极30和第二电极40，其中，第一电极30连接至第一半导体层21，具体地，第一电极30下方设有从第二半导体层23延伸至第一半导体层21的凹槽，第一电极30设置于凹槽内，以实现与第一半导体层21的电性连接。关于设置的凹槽，其形状与第一电极30的形状一致，且经蚀刻掉的凹槽区域需大于第一电极30实际所占用的区域，以避免漏电现象的发生，但也无需蚀刻掉过多的发光结构，仅需要预留下合适的间距即可，以避免损伤较大的发光面积。而第二电极40设置于第二半导体层23上，与第二半导体层23形成电性连接。

第二电极40包括焊盘部41和扩展部42，扩展部42的两端分别与焊盘部41连接，以形成封闭结构43。传统的扩展部4为非封闭结构，易出现扩展部4末端电流密度过大的情况，导致局部过热和烧伤的现象，影响发光二极管的可靠性和寿命。而本实用新型采用第二电极40的闭环设计，避免存在电流密度差异较大的区域，同时，实际有增加第二电极40扩展部42的长度，有利于促进电流的扩展。

作为示例性地，参看附图2，本实施例中第二电极40的扩展部42呈矩形设置，但不仅限于此。在其他实施例中，该扩展部42的形状可以为其他多边形类规则形状，也可以呈其他不规则的形状。进一步地，扩展部42还可以具有复数个利于电流传输的折弯部44，例如折弯部44可以设置于矩形或者多边形的顶点处，可参看附图4。以上，本实用新型不作特别限制，可根据实际生产成本以及工艺需求进行设计。

本实施例采用第二电极40包围第一电极30的设计，具体为第二电极40的扩展部42形成封闭结构43，第一电极30可以设置于封闭结构43内任意位置。当电极与外界电源接通后，电流从第二电极40的焊盘部41进入，经扩展部42的横向扩展，电流由发光二极管的边缘向第一电极30的方向流动、汇聚。为了便于电流扩展更均匀，获得发光亮度均匀的发光二极管，本实施例优选第一电极30设置于封闭结构43的中央。

进一步地，第二半导体层23和第二电极40之间还包括电流扩展层（图未示出），电流扩展层能促进电流由发光二极管的边缘区域向第一电极30的区域扩展，进一步提升电流的扩展能力，从而获得发光亮度均匀的发光二极管。电流扩展层可以选自氧化铟锡层、氧化锌层、氧化锌铟锡层、氧化铟锌层、氧化锌锡层、氧化镓铟锡层、氧化镓铟层、氧化镓锌层、掺杂铝的氧化锌层或掺杂氟的氧化锡层中的一种或者几种的组合，本实施例中优选氧化铟锡层。

进一步地，将第二电极40的扩展部42向外扩展，使得扩展部42设置于靠近台面结构50的位置，即靠近发光结构20的边缘区域。一来有利于提升发光二极管边缘区域的电流密度，避免了因发光二极管边缘电流密度较小，而导致的亮度不均，二来相比于设置在非边缘区域，设置在边缘区域的扩展部吸光效果不明显，且边缘区域的电流密度又有了较大的提升，保障了整个发光二极管的亮度以及均匀性。优选，第二电极40的扩展部42至台面结构50的侧壁距离d为0~1mil。

由于扩展部42的宽度对发光二极管的亮度有一定影响，因此，本实用新型的扩展部42宽度优选设置为2~8μm。若扩展部的宽度过细，则不能有效的起到促进电流扩展的作用，若扩展部的宽度过粗，则会在很大程度上吸收发散出的光线，从而影响发光二极管的亮度。进一步地，由于发光二极管应用的环境复杂，且在开关导通瞬间，难免会存在瞬间的大电流冲击，瞬间的流过的电流相比于正常使用时会高出数倍，难免会出现金属烧伤、析出的现象，而且这种情况极易出现在靠近电极的附近。因此，优选，靠近焊盘部41的扩展部42宽度大于远离焊盘部41的扩展部42宽度，提高靠近焊盘部41附近的抗冲击能力。

基于同样的实用新型构思，本实用新型实施例还提供了一种发光装置，图5是本实用新型实施例提供的一种发光装置的结构示意图，该发光装置包括上述任一实施例提供的发光二极管。

具体地，发光装置包括基板60和设置于基板60上的发光二极管。本实施例优选发光二极管与基板60采用倒装设计，使得发光二极管发出的光线转变为从由有源层22向衬底10发射出去，如此一来，其发出的光线会经过第一电极30所在区域，但不经过第二电极40所在区域。由于光线不会被第二电极40的扩展部42所遮挡吸收，因此，可以增加第二电极40的焊盘部41及扩展部42的面积，能在提高电流扩展性能的同时，不会损失发光面积，有效提高发光二极管的发光效率；对于第一电极30来说，由于光线会受到其影响，因此，为了减小第一电极30对光线的遮挡和吸收，第一电极30区域尽可能的减小扩展部的面积，优选第一电极30无扩展部，从而在最大程度上减小第一电极30对光线的影响区域，以提升发光二极管的发光亮度的效果。

应当理解的是，上述具体实施方案为本实用新型的优选实施例，本实用新型的范围不限于该实施例，凡依本实用新型所做的任何变更，皆属本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发光二极管，包括衬底和位于所述衬底上的发光结构，所述发光结构包括设置在衬底上的第一半导体层、第二半导体层和位于两者之间的有源层，在所述发光结构上形成台面结构，以露出部分所述第一半导体层，第一半导体层连接有第一电极，第二半导体层连接有第二电极，其特征在于，所述第二电极包括焊盘部和扩展部，所述扩展部的两端分别与所述焊盘部连接，以形成围绕第一电极的封闭结构。

2.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于，所述第一电极设置于所述扩展部形成的封闭结构的中央。

3.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于，所述扩展部设置于靠近台面结构的位置。

4.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于，所述扩展部至所述台面结构的侧壁距离d为0~1mil。

5.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于，所述扩展部呈矩形或多边形设置。

6.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于，所述扩展部具有复数个折弯部，所述折弯部设置于扩展部形成的封闭结构的顶点处。

7.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于，所述扩展部的宽度为2~8μm。

8.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于，靠近所述焊盘部的扩展部宽度大于远离焊盘部的扩展部宽度。

9.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于，所述第二半导体层和第二电极之间还包括电流扩展层。

10.一种发光装置，其特征在于，包括基板和倒装设置于所述基板上的如权利要求1～9中任一项所述的发光二极管。

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