CN217788432U - 发光二极管 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种发光二极管，包括：衬底；外延层，包括依次堆叠于所述衬底上的第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，所述第一半导体层与所述第二半导体层的掺杂类型相反；透明导电层，位于所述外延层的部分表面，所述透明导电层与接触的所述外延层的掺杂类型相反；电流扩展层，覆盖所述透明导电层且延伸至所述外延层上，所述电流扩展层与接触的所述外延层的掺杂类型相同；反射层，位于所述透明导电层上方的电流扩展层上；第一电极，位于所述反射层上。本实用新型的技术方案使得在增加电流横向扩展长度的同时，还能提高光提取效率和可靠性。

Description

发光二极管

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。

背景技术

发光二极管有源层电流密度分布不均匀，不仅会导致发光强度分布不均匀，而且会导致发光二极管局部区域温度过高，从而降低发光二极管的可靠性。为了提高发光二极管的光电性能和可靠性，在发光二极管优化设计中需要抑制发光二极管中的电流聚集效应(Current Crowding Effect)，提高发光二极管的电流横向扩展性能，缓解大电流注入条件下发光二极管的量子效率衰减(Efficiency Droop)现象，使发光二极管可以承受更高的工作电流密度。

以如图1a所示的发光二极管为例，发光二极管中的外延层包含自下向上形成于衬底11正面的第一半导体层12、多量子阱层13和第二半导体层14，第二半导体层14具有平坦表面，多量子阱层13发出的光经发光二极管的正面发出(如图1a中的箭头为发光二极管的正面发出的光)，第一电极15形成于部分的第二半导体层14上，第二电极16形成于衬底11的背面。

当第一半导体层12为N型且第二半导体层14为P型时，由于第二半导体层14的空穴迁移率远小于第一半导体层12的电子迁移率，在相当的载流子浓度下，第二半导体层14的导电能力远远弱于第一半导体层12，所以，第二半导体层14的电流横向扩展长度较短。为了改善发光二极管的电流横向扩展性能，如图1b所示，通常采用电子束蒸镀或者离子束溅射的方式在第二半导体层14上沉积ITO(氧化铟锡)透明导电层17，第一电极15形成于部分的ITO透明导电层17上。其中，为了减小ITO透明导电层17与第二半导体层14间的接触电阻和提高ITO透明导电层17对可见光的透过率，一般在蒸镀或者离子束溅射后进行热退火，但是，退火后ITO透明导电层17的方块电阻大于第一半导体层12的方块电阻，导致注入的电流会聚集在第一电极15附近，电流的横向扩展长度仍较短。并且，对于大功率发光二极管，随着注入电流密度的增加，电流横向扩展长度逐渐减小，在大电流密度驱动条件下，致使第一电极15下方的电流聚集现象更加严重，从而导致有源层(即多量子阱层13)产生的光子大量聚集在第一电极15下方。

目前，为了改善发光二极管中第一电极15附近的电流聚集现象，如图1c所示，在第一电极15下方的ITO透明导电层17和第二半导体层14之间的部分区域沉积一层SiO₂电流阻挡层18，SiO₂电流阻挡层18可以阻止电流在第一电极15下方的纵向传输，迫使电流在ITO透明导电层17中横向扩展，如图2中的箭头所指方向，电流从SiO₂电流阻挡层18上方的ITO透明导电层17中向SiO₂电流阻挡层18外围的透明导电层17中横向扩展，之后再向下纵向传输。因此，SiO₂电流阻挡层18可以增加电流横向扩展长度，从而缓解电流聚集效应。

但是，由于第一电极15的材料为金属，在可见光波段不透光，而且对多量子阱层13发射的光子有强烈的吸收作用，一方面造成发光二极管的多量子阱层13面积的损失，导致发光二极管的光提取效率下降，另一方面第一电极15下方的光子大部分被第一电极15吸收，导致第一电极15附近区域温度升高，进而导致发光二极管可靠性降低；并且，由于SiO₂电流阻挡层18的存在，导致第一电极15下方纵向传输的电流较小，第一电极15下方的有源层区域的发光强度较低，发光区域大多数分布在第一电极15的外围，进而导致外量子效率较低。因此，采用增加SiO₂电流阻挡层18的技术方案虽然增加了电流横向扩展长度，但是，仍会存在发光二极管的光提取效率低和可靠性低的问题。

当第一半导体层12为P型且第二半导体层14为N型时，由于第二半导体层14在常规的掺杂浓度下的电子迁移率也较低，可以通过提高第二半导体层14的掺杂浓度来增加电流横向扩展长度，但是随着第二半导体层14的掺杂浓度的提高，半导体晶体质量会下降；或者，通过增加第二半导体层14的厚度也能增加电流横向扩展长度以及改善有源层的电流密度分布均匀性，但是第二半导体层14过厚会导致薄膜龟裂。因此，上述增加电流横向扩展长度的方法均存在问题，且改善效果也很有限。

另外，由于第二半导体层14具有平坦表面，使得光在第二半导体层14表面会发生全反射现象；即使第二半导体层14上形成有ITO透明导电层17，由于第二半导体层14的折射率(例如第二半导体层14的材料为GaN、GaAs和SiC时对应的折射率分别为2.4、3.57和2.65)大于ITO透明导电层17的折射率(折射率为2.08)，导致光在第二半导体层14与ITO透明导电层17的界面处也会发生全反射现象，从而导致有源层产生的光不能被有效地提取出来。

因此，提供一种发光二极管，以在增加电流横向扩展长度的同时，还能提高发光二极管的光提取效率和可靠性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种发光二极管，在增加电流横向扩展长度的同时，还能提高光提取效率和可靠性。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种发光二极管，包括：

衬底；

外延层，包括依次堆叠于所述衬底上的第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，所述第一半导体层与所述第二半导体层的掺杂类型相反；

透明导电层，位于所述外延层的部分表面，所述透明导电层与接触的所述外延层的掺杂类型相反；

电流扩展层，覆盖所述透明导电层且延伸至所述外延层上，所述电流扩展层与接触的所述外延层的掺杂类型相同；

反射层，位于所述透明导电层上方的电流扩展层上；

第一电极，位于所述反射层上。

可选地，所述透明导电层与接触的所述外延层的接触电阻大于所述电流扩展层与接触的所述外延层的接触电阻。

可选地，所述透明导电层的厚度为

可选地，与所述电流扩展层接触的所述外延层的掺杂类型为P型时，所述电流扩展层的功函数大于与所述电流扩展层接触的所述外延层的功函数；与所述电流扩展层接触的所述外延层的掺杂类型为N型时，所述电流扩展层的功函数小于与所述电流扩展层接触的所述外延层的功函数。

可选地，所述电流扩展层的方块电阻小于与所述电流扩展层接触的所述外延层的方块电阻。

可选地，所述电流扩展层的厚度为1nm～1000nm。

可选地，所述反射层的厚度为

可选地，所述第一半导体层的掺杂类型为N型，所述第二半导体层的掺杂类型为P型时，所述第一半导体层相比所述第二半导体层更靠近所述衬底，所述透明导电层位于所述第二半导体层的部分表面，所述电流扩展层延伸至所述第二半导体层上；或者，所述第二半导体层相比所述第一半导体层更靠近所述衬底，所述透明导电层位于所述第一半导体层的部分表面，所述电流扩展层延伸至所述第一半导体层上，所述第二半导体层通过键合层与所述衬底键合。

可选地，所述第二半导体层相比所述第一半导体层更靠近所述衬底时，所述第二半导体层与所述键合层之间还包括反射镜层。

可选地，所述发光二极管还包括：

第二电极，位于所述衬底的底面；或者，若所述第一半导体层相比所述第二半导体层更靠近所述衬底，所述第二电极位于所述第一半导体层上，若所述第二半导体层相比所述第一半导体层更靠近所述衬底，所述第二电极位于所述第二半导体层上。

可选地，若所述第一半导体层相比所述第二半导体层更靠近所述衬底，所述第二电极与所述多量子阱层间隔设置。

可选地，所述反射层上覆盖有绝缘层，所述第一电极贯穿所述绝缘层以与所述反射层连接；若所述第一半导体层相比所述第二半导体层更靠近所述衬底，所述绝缘层从与所述第二半导体层接触的反射层表面延伸至与所述第一半导体层接触，所述第二电极贯穿与所述第一半导体层接触的所述绝缘层，以使得所述第二电极与所述第一半导体层连接；若所述第二半导体层相比所述第一半导体层更靠近所述衬底，所述绝缘层从与所述第一半导体层接触的反射层表面延伸至与所述第二半导体层接触，所述第二电极贯穿与所述第二半导体层接触的所述绝缘层，以使得所述第二电极与所述第二半导体层连接。

可选地，所述发光二极管还包括保护层，所述保护层位于所述反射层与所述第一电极之间。

可选地，所述多量子阱层向所述发光二极管的正面发出光时，所述保护层在垂直于所述衬底方向上的投影位于所述透明导电层在垂直于所述衬底方向上的投影内或者与所述透明导电层在垂直于所述衬底方向上的投影重合，所述反射层在垂直于所述衬底方向上的投影位于所述保护层在垂直于所述衬底方向上的投影内，所述反射层在垂直于所述衬底方向上的投影与所述第一电极在垂直于所述衬底方向上的投影重合。

可选地，所述多量子阱层向所述发光二极管的背面发出光时，所述反射层从所述透明导电层上方的电流扩展层上延伸至所述透明导电层外围的电流扩展层上，所述反射层在垂直于所述衬底方向上的投影位于所述保护层在垂直于所述衬底方向上的投影内，所述第一电极的位于所述绝缘层中的第一部分在垂直于所述衬底方向上的投影位于所述透明导电层在垂直于所述衬底方向上的投影内。

可选地，所述外延层具有粗化表面，和/或，所述透明导电层具有粗化表面，和/或，所述电流扩展层具有粗化表面，和/或，所述反射层具有粗化表面。

可选地，所述发光二极管的功率≥1W，所述发光二极管的工作电流≥1mA。

与现有技术相比，本实用新型的发光二极管，由于包括：外延层，包括依次堆叠于所述衬底上的第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，所述第一半导体层与所述第二半导体层的掺杂类型相反；透明导电层，位于所述外延层的部分表面，所述透明导电层与接触的所述外延层的掺杂类型相反；电流扩展层，覆盖所述透明导电层且延伸至所述外延层上，所述电流扩展层与接触的所述外延层的掺杂类型相同；反射层，位于所述透明导电层上方的电流扩展层上；第一电极，位于所述反射层上，使得在增加电流横向扩展长度的同时，还能提高发光二极管的光提取效率和可靠性。

附图说明

图1a是一种发光二极管的结构示意图；

图1b是一种发光二极管的结构示意图；

图1c是一种发光二极管的结构示意图；

图2是图1c所示的发光二极管的电流扩展示意图；

图3是本实用新型实施例一的发光二极管结构示意图；

图4是图3所示的发光二极管的电流扩展示意图；

图5是本实用新型实施例二的发光二极管的结构示意图；

图6是本实用新型实施例三的发光二极管的结构示意图；

图7是本实用新型实施例四的发光二极管的结构示意图；

图8是本实用新型实施例五的发光二极管的结构示意图；

图9是本实用新型实施例六的发光二极管的结构示意图。

其中，附图1a～图9的附图标记说明如下：

11-衬底；12-第一半导体层；13-多量子阱层；14-第二半导体层；15-第一电极；16-第二电极；17-ITO透明导电层；20-衬底；201-键合层；202-反射镜层；21-第一半导体层；22-多量子阱层；23-第二半导体层；24-透明导电层；25-电流扩展层；26-反射层；27-保护层；28-第一电极；29-第二电极；291-绝缘层。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、优点和特征更加清楚，以下对本实用新型提出的发光二极管作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

本实用新型一实施例提供一种发光二极管，包括：衬底；外延层，包括依次堆叠于所述衬底上的第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，所述第一半导体层与所述第二半导体层的掺杂类型相反；透明导电层，位于所述外延层的部分表面，所述透明导电层与接触的所述外延层的掺杂类型相反；电流扩展层，覆盖所述透明导电层且延伸至所述外延层上，所述电流扩展层与接触的所述外延层的掺杂类型相同；反射层，位于所述透明导电层上方的电流扩展层上；第一电极，位于所述反射层上。

下面参阅图3～图9更为详细的介绍本实施例提供的发光二极管，图3～图9也是发光二极管的纵向剖面示意图。

所述发光二极管为图3～图6所示的垂直结构时，所述衬底20的材质可以为硅、锗、碳化硅和砷化镓等半导体材料中的至少一种，能够通过对所述衬底20掺杂改变电性能；所述发光二极管为图7～图9所示的非垂直结构时，所述衬底20的材质可以为蓝宝石、氮化铝、氮化镓、氧化镓、铝酸镁、镓酸锂和铝酸锂等中的至少一种。并且，所述发光二极管可以为图7所示的正装结构，或者，所述发光二极管也可以为图8～图9所示的倒装结构。

所述外延层包括依次堆叠于所述衬底20上的第一半导体层21、多量子阱层22和第二半导体层23，所述第一半导体层21与所述第二半导体层23的掺杂类型相反。其中，所述多量子阱层22作为发光层，在图3～图7所示的实施例中，所述多量子阱层22向所述发光二极管的正面发出光，如图3中的光L1；在图8～图9所示的实施例中，所述多量子阱层22向所述发光二极管的背面发出光，所述发光二极管的正面和背面为相对的面。

优选的，所述第一半导体层21的掺杂类型为N型，所述第二半导体层23的掺杂类型为P型，此时，如图3～图5以及图7～图8所示，所述第一半导体层21相比所述第二半导体层23更靠近所述衬底20，即所述第一半导体层21、所述多量子阱层22和所述第二半导体层23自下向上依次堆叠于衬底20上；或者，如图6和图9所示，所述第二半导体层23相比所述第一半导体层21更靠近所述衬底20，即所述第一半导体层21、所述多量子阱层22和所述第二半导体层23自上向下依次堆叠于衬底20上。需要说明的是，在其他实施例中，所述第一半导体层21的掺杂类型可以为P型，所述第二半导体层23的掺杂类型可以为N型。

其中，若所述第二半导体层23相比所述第一半导体层21更靠近所述衬底20，如图9所示，所述第二半导体层23通过键合层201与所述衬底20键合；如图6所示，所述第二半导体层23通过键合层201与所述衬底20键合，且所述第二半导体层23与所述键合层201之间还包括反射镜层202，以提高正面出光效率。

当所述多量子阱层22向所述发光二极管的正面发出光时，则优选所述外延层的远离所述衬底20的一面具有粗化表面。其中，若所述第一半导体层21相比所述第二半导体层23更靠近所述衬底20，所述外延层的远离所述衬底20的一面为所述第二半导体层23，则优选所述第二半导体层23具有粗化表面，即所述第二半导体层23的表面凹凸不平，所述粗化表面在所述第二半导体层23的表面连续分布；若所述第二半导体层23相比所述第一半导体层21更靠近所述衬底20，所述外延层的远离所述衬底20的一面为所述第一半导体层21，则优选所述第一半导体层21具有粗化表面，即所述第一半导体层21的表面凹凸不平，所述粗化表面在所述第一半导体层21的表面连续分布。需要说明的是，在其他实施例中，所述第二半导体层23和所述第一半导体层21可以具有部分粗化表面(即表面部分粗化部分平坦)或者不具有粗化表面(即表面全部平坦)。

所述粗化表面的纵截面可以为弧面、圆弧面、锯齿面、波浪面和不规则表面中的至少一种。如图3～图7中所示的所述粗化表面的纵截面为锯齿面。需要说明的是，所述粗化表面的纵截面不仅限于上述的形状。

所述第一半导体层21的材质可以为GaN、AlGaN、GaAs和SiC等中的至少一种；所述第二半导体层23的材质可以为GaN、AlGaN、BAlN、GaAs和SiC等中的至少一种；所述多量子阱层22的材质可以为AlN、GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN、GaAs和SiC等中的至少一种。需要说明的是，所述第一半导体层21、所述第二半导体层23和所述多量子阱层22的材质不仅限于上述的种类。

所述透明导电层24位于所述外延层的部分表面，所述透明导电层24与接触的所述外延层的掺杂类型相反。与所述透明导电层24接触的所述外延层的掺杂类型为P型时，所述透明导电层24的掺杂类型为N型；与所述透明导电层24接触的所述外延层的掺杂类型为N型时，所述透明导电层24的掺杂类型为P型。

当所述多量子阱层22向所述发光二极管的正面发出光时，若所述第一半导体层21相比所述第二半导体层23更靠近所述衬底20，则所述透明导电层24位于所述第二半导体层23的部分表面，此时，若所述第二半导体层23具有粗化表面，则优选所述第二半导体层23的表面形貌转移至所述透明导电层24，即所述透明导电层24与所述第二半导体层23共形，使得所述透明导电层24也具有粗化表面；若所述第二半导体层23相比所述第一半导体层21更靠近所述衬底20，则所述透明导电层24位于所述第一半导体层21的部分表面，此时，若所述第一半导体层21具有粗化表面，则优选所述第一半导体层21的表面形貌转移至所述透明导电层24，即所述透明导电层24与所述第一半导体层21共形，使得所述透明导电层24也具有粗化表面。需要说明的是，在其他实施例中，所述透明导电层24可以具有部分粗化表面(即表面部分粗化部分平坦)或者不具有粗化表面(即表面全部平坦)。

所述透明导电层24的掺杂类型为N型时，所述透明导电层24的材质可以为掺杂Sn的In₂O₃、掺杂Al的In₂O₃、掺杂F的SnO₂、掺杂Sb的SnO₂、掺杂Al的ZnO、掺杂Ga的ZnO、掺杂Mg的ZnO、掺杂B的ZnO、掺杂In的ZnO、掺杂Sn的CuInO₂以及掺杂Ga的IZO(IZO为氧化铟锌)中的至少一种。所述透明导电层24的掺杂类型为P型时，所述透明导电层24的材质可以为共掺杂N和Ga的ZnO、掺杂Mg的CuAlO₂、掺杂Mg的CuCrO₂、掺杂Ca的CuScO₂、掺杂Ca的CuInO₂、掺杂Ca的CuYO₂、掺杂K的SrCu₂O₂、掺杂Sr的LaCuOS、掺杂Mg的LaCuOS、掺杂Mg的LaCuOSe、掺杂K的Sr₃Cu₂Sc₂O₅S₂、掺杂Mg的Sr₃Cu₂Sc₂O₅S₂、掺杂Li的Cr₂O₃、掺杂Mg的Cr₂O₃、掺杂Ni的Cr₂O₃、掺杂Sr的LaCrO₃、掺杂Li的NiO以及Cu₂O中的至少一种。需要说明的是，所述透明导电层24的材质不仅限于上述的种类。

所述透明导电层24的厚度很薄，优选的，所述透明导电层24的厚度为

所述透明导电层24的掺杂浓度很高，所述透明导电层24的掺杂浓度例如为1E16cm^-3～1E20cm^-3，优选的，所述透明导电层24的掺杂浓度为1E19cm^-3～1E20cm^-3。

所述电流扩展层25覆盖所述透明导电层24且延伸至所述外延层上，所述电流扩展层25与接触的所述外延层的掺杂类型相同。其中，延伸至所述外延层上的电流扩展层25可以覆盖部分或全部的所述外延层，所述电流扩展层25在所述外延层表面覆盖的区域越大，则电流横向扩展的长度越长。

与所述电流扩展层25接触的所述外延层的掺杂类型为P型时，所述电流扩展层25的掺杂类型为P型；与所述电流扩展层25接触的所述外延层的掺杂类型为N型时，所述电流扩展层25的掺杂类型为N型。

所述电流扩展层25的厚度可以为1nm～1000nm，所述电流扩展层25的掺杂浓度可以为1E11 ions/cm³～1E20 ions/cm³。

当所述多量子阱层22向所述发光二极管的正面发出光时，若所述第一半导体层21相比所述第二半导体层23更靠近所述衬底20，则所述电流扩展层25延伸至所述第二半导体层23上，此时，若所述透明导电层24具有粗化表面和/或所述第二半导体层23具有粗化表面，则优选所述透明导电层24和/或所述第二半导体层23的表面形貌转移至所述电流扩展层25，即所述电流扩展层25位于所述透明导电层24上的部分与所述透明导电层24共形，和/或，所述电流扩展层25位于所述第二半导体层23上的部分与所述第二半导体层23共形，使得所述电流扩展层25位于所述透明导电层24和/或所述第二半导体层23上的部分也具有粗化表面；若所述第二半导体层23相比所述第一半导体层21更靠近所述衬底20，则所述电流扩展层25延伸至所述第一半导体层21上，此时，若所述透明导电层24具有粗化表面和/或所述第一半导体层21具有粗化表面，则优选所述透明导电层24和/或所述第一半导体层21的表面形貌转移至所述电流扩展层25，即所述电流扩展层25位于所述透明导电层24上的部分与所述透明导电层24共形，和/或，所述电流扩展层25位于所述第一半导体层21上的部分与所述第一半导体层21共形，使得所述电流扩展层25位于所述透明导电层24和/或所述第一半导体层21上的部分也具有粗化表面。需要说明的是，在其他实施例中，所述电流扩展层25位于所述透明导电层24、所述第二半导体层23和第一半导体层21上的部分可以具有部分粗化表面(即表面部分粗化部分平坦)或者不具有粗化表面(即表面全部平坦)。

由于掺杂类型相反的所述透明导电层24与接触的所述外延层之间形成异质结(如图4中的所述透明导电层24与所述第二半导体层23之间形成的二极管)，而所述电流扩展层25与接触的所述外延层的掺杂类型相同，使得所述透明导电层24与接触的所述外延层之间的接触电阻大于所述电流扩展层25与接触的所述外延层之间的接触电阻。所述透明导电层24与接触的所述外延层存在肖特基势垒，所述电流扩展层25与接触的所述外延层形成欧姆接触。

在图1c和图2所示的发光二极管中，以ITO透明导电层17的材质为N型半导体材料且第二半导体层14为P型为例，ITO透明导电层17在电路中作为电阻R，SiO₂电流阻挡层18外围的N型的ITO透明导电层17与P型的第二半导体层14之间会形成具有耗尽层的异质结(如图2中的二极管)，形成的肖特基势垒使得比接触电阻增大，在大电流驱动下压降加大，从而导致驱动电压变高，注入电流扩展的均匀性变差。而在本实用新型的实施例中，虽然所述透明导电层24与接触的所述外延层之间也形成异质结(如图4中的所述透明导电层24与所述第二半导体层23之间形成的二极管)，但是，当与所述电流扩展层25接触的所述外延层的掺杂类型为P型时，通过调整所述电流扩展层25的功函数大于与所述电流扩展层25接触的所述外延层的功函数，或者，当与所述电流扩展层25接触的所述外延层的掺杂类型为N型时，通过调整所述电流扩展层25的功函数小于与所述电流扩展层25接触的所述外延层的功函数，使得所述电流扩展层25与其接触的所述外延层能够形成良好的欧姆接触，并且通过调整所述电流扩展层25的方块电阻小于与所述电流扩展层25接触的所述外延层的方块电阻，以使得电流的横向扩展长度得到增加，从而使得与图1c和图2所示的发光二极管相比，本实用新型大大降低了大功率的所述发光二极管的驱动电压，还提高了在大流量电流驱动下的电流横向扩展距离和均匀性，致使大功率的所述发光二极管的光效和可靠性均得到提升。其中，在本实用新型的实施例中，由于半导体的费米能级会随着掺杂浓度的变化而发生变化，因此，可以通过调整掺杂浓度来调节功函数，通过调整退火工艺来调节方块电阻。

所述电流扩展层25的掺杂类型为P型时，所述电流扩展层25的材质可以为共掺杂N和Ga的ZnO、掺杂Mg的CuAlO₂、掺杂Mg的CuCrO₂、掺杂Ca的CuScO₂、掺杂Ca的CuInO₂、掺杂Ca的CuYO₂、掺杂K的SrCu₂O₂、掺杂Sr的LaCuOS、掺杂Mg的LaCuOS、掺杂Mg的LaCuOSe、掺杂K的Sr₃Cu₂Sc₂O₅S₂、掺杂Mg的Sr₃Cu₂Sc₂O₅S₂、掺杂Li的Cr₂O₃、掺杂Mg的Cr₂O₃、掺杂Ni的Cr₂O₃、掺杂Sr的LaCrO₃、掺杂Li的NiO以及Cu₂O中的至少一种。所述电流扩展层25的掺杂类型为N型时，所述电流扩展层25的材质为掺杂Sn的In₂O₃、掺杂Al的In₂O₃、掺杂F的SnO₂、掺杂Sb的SnO₂、掺杂Al的ZnO、掺杂Ga的ZnO、掺杂Mg的ZnO、掺杂B的ZnO、掺杂In的ZnO、掺杂Sn的CuInO₂以及掺杂Ga的IZO中的至少一种。需要说明的是，所述电流扩展层25的材质不仅限于上述的种类。

所述反射层26位于所述透明导电层24上方的电流扩展层25上。

并且，当所述多量子阱层22向所述发光二极管的正面发出光时，若所述电流扩展层25具有粗化表面，则优选所述电流扩展层25的表面形貌转移至所述反射层26，即所述反射层26与所述电流扩展层25共形，使得所述反射层26也具有粗化表面。需要说明的是，在其他实施例中，所述反射层26可以具有部分粗化表面(即表面部分粗化部分平坦)或者不具有粗化表面(即表面全部平坦)。

优选的，所述反射层26的材质为反射率大于95％的高反射率材料，例如为银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、铑(Rh)和金(Au)中的至少一种。在其他实施例中，所述反射层26的反射率也可以小于或等于95％。

所述反射层26的厚度可以为

并且，由于所述反射层26的金属材料与所述外延层之间的黏附性较差，通过在所述反射层26与所述外延层之间形成所述透明导电层24和所述电流扩展层25，使得所述反射层26与所述外延层之间的黏附强度得到提高。

所述发光二极管还包括保护层27，所述保护层27位于所述反射层26上。

并且，当所述多量子阱层22向所述发光二极管的正面发出光时，优选的，如图3～图4、图6～图7所示，所述保护层27的厚度厚至能够完全阻隔所述反射层26中的金属向上迁移，此时，所述保护层27不具有粗化表面；或者，在图5所示的实施例中，所述保护层27的厚度也可以比较薄，此时，若所述反射层26具有粗化表面，则所述反射层26的表面形貌转移至所述保护层27，即所述保护层27与所述反射层26共形，使得所述保护层27也具有粗化表面。

所述保护层27的材质可以为(Cr)、铂(Pt)、钯(Pd)、钼(Mo)、铝(Al)、镍(Ni)、钨(W)、Cr/Ni、Ti/Ni、TiN和TiW中的至少一种。需要说明的是，所述保护层27的材质不仅限于上述的种类。

另外，当所述多量子阱层22向所述发光二极管的背面发出光时，优选的，如图8～图9所示，所述外延层的远离所述衬底20的一面、所述透明导电层24、所述电流扩展层25、所述反射层26和所述保护层27均具有平坦的表面。

所述第一电极28位于所述透明导电层24上方的所述反射层26上。其中，如图3～图5以及图7～图9所示，所述第一电极28的数量可以为一个；或者，所述第一电极28的数量为至少两个，如图6所示，所述第一电极28的数量为两个。其中，通过增多单位面积的所述发光二极管的所述第一电极28的数量，能够改善光提取效率。

若所述反射层26上覆盖有所述保护层27，则所述第一电极28位于所述透明导电层24上方的所述保护层27上。

并且，如图6所示，当所述第一电极28的数量为至少两个时，不同的所述第一电极28下方的所述保护层27、所述反射层26和所述透明导电层24之间均分别断开，不同的所述第一电极28下方的所述电流扩展层25相互连接，不同的所述第一电极28之间可以通过导电结构(未图示)实现串联。

所述发光二极管还包括第二电极29。

如图3～图6所示，所述第二电极29可以位于所述衬底20的底面(即所述发光二极管的背面)，此时，所述第一电极28和所述第二电极29位于所述发光二极管的不同侧。如图3～图5所示，所述多量子阱层22和所述第二半导体层23依次位于所述第一半导体层21的整个表面上；如图6所示，所述多量子阱层22和所述第一半导体层21依次位于所述第二半导体层23的整个表面上。

或者，如图7～图9所示，所述第一电极28和所述第二电极29位于所述发光二极管的同侧。其中，如图7所示，当所述发光二极管为正装结构时，若所述第一半导体层21相比所述第二半导体层23更靠近所述衬底20，所述多量子阱层22和所述第二半导体层23仅位于所述第一半导体层21的部分表面上，所述第二电极29位于所述第一半导体层21未形成有所述多量子阱层22的表面上；此时，所述第二电极29与所述多量子阱层22间隔设置，所述第二电极29远离所述衬底20的一面可以低于所述第一电极28远离所述衬底20的一面或者与所述第一电极28远离所述衬底20的一面齐平。

当所述发光二极管为倒装结构时，如图8～图9所示，若所述反射层26上覆盖有所述保护层27，则所述保护层27上覆盖有绝缘层291，所述第一电极28贯穿所述透明导电层24上方的所述绝缘层291，以使得所述第一电极28与所述保护层27连接；若所述反射层26上未覆盖有所述保护层27，则所述绝缘层291覆盖在所述反射层26上，所述第一电极28贯穿所述透明导电层24上方的所述绝缘层291，以使得所述第一电极28与所述反射层26连接。并且，如图8所示，若所述第一半导体层21相比所述第二半导体层23更靠近所述衬底20，所述绝缘层291从所述保护层27表面依次经所述保护层27、所述反射层26、与所述第二半导体层23接触的电流扩展层25、所述第二半导体层23和所述多量子阱层22延伸至与所述第一半导体层21接触，所述第二电极29贯穿与所述第一半导体层21接触的所述绝缘层291，以使得所述第二电极29与所述第一半导体层21连接，所述第二电极29与所述保护层27、所述反射层26、所述电流扩展层25、所述第二半导体层23和所述多量子阱层22之间均绝缘；如图9所示，若所述第二半导体层23相比所述第一半导体层21更靠近所述衬底20，所述绝缘层291从所述保护层27表面依次经所述保护层27、所述反射层26、与所述第一半导体层21接触的电流扩展层25、所述第一半导体层21和所述多量子阱层22延伸至与所述第二半导体层23接触，所述第二电极29贯穿与所述第二半导体层23接触的所述绝缘层291，以使得所述第二电极29与所述第二半导体层23连接，所述第二电极29与所述保护层27、所述反射层26、所述电流扩展层25、所述第一半导体层21和所述多量子阱层22之间均绝缘；此时，所述第一电极28和所述第二电极29均延伸至所述绝缘层291上，即所述第一电极28和所述第二电极29均包括位于所述绝缘层291中的第一部分以及延伸至所述绝缘层291上的第二部分，所述第一电极28远离所述衬底20的一面与第二电极29远离所述衬底20的一面齐平。需要说明的是，所述第一电极28和所述第二电极29的位于所述绝缘层291中的第一部分均可以由至少一个导电插塞组成。

当所述多量子阱层22向所述发光二极管的正面发出光时，以所述第一半导体层21相比所述第二半导体层23更靠近所述衬底20为例，与图1a～图1c和图2所示的发光二极管的结构(第二半导体层14具有平坦表面)相比，若本实用新型的所述第二半导体层23具有粗化表面，能够使得当所述多量子阱层22发出的光到达所述第二半导体层23表面时，部分角度不发生全反射，即在所述第二半导体层23表面发生全反射的光的量得到减少，进而使得从所述发光二极管正面出光的光提取效率得到提高；并且，使得所述多量子阱层22发出的光在所述第二半导体层23表面发生散射，进而使得所述第一电极28下方的所述多量子阱层22发出的部分光能够从所述发光二极管的侧面和/或正面发出，从而使得被所述第一电极28吸收的光的量得到减少，进一步使得所述发光二极管的光提取效率得到提高，且使得所述第一电极28附近区域的温度得到降低。

并且，在所述第二半导体层23表面发生散射的光经所述透明导电层24和所述电流扩展层25后到达所述反射层26时，若所述透明导电层24、所述电流扩展层25和所述反射层26也具有粗化表面，则使得散射后的不同角度的光经所述反射层26的反射后从所述发光二极管的侧面发出(如图3中的光L2)，从而进一步使得被所述第一电极28吸收的光的量得到减少，从而进一步使得所述发光二极管的光提取效率得到提高，并且，能够有效降低所述第一电极28附近区域的温度，提升所述发光二极管的可靠性。

另外，当所述多量子阱层22向所述发光二极管的正面发出光时，如图3～图7所示，优选的，所述保护层27在垂直于所述衬底20方向上的投影位于所述透明导电层24在垂直于所述衬底20方向上的投影内或者与所述透明导电层24在垂直于所述衬底20方向上的投影完全重合，以增加电流横向扩展长度；并且，优选的，所述反射层26在垂直于所述衬底20方向上的投影位于所述保护层27在垂直于所述衬底20方向上的投影内，以使得所述透明导电层24能够阻隔所述反射层26中的金属向下迁移以及所述保护层27能够阻隔所述反射层26中的金属向上迁移，进而避免导致出现漏电等可靠性问题；并且，优选的，所述反射层26在垂直于所述衬底20方向上的投影与所述第一电极28在垂直于所述衬底20方向上的投影完全重合，以使得所述多量子阱层22向所述第一电极28所在区域发出的光均能被所述反射层26反射，进而使得被所述第一电极28吸收的光的量大大减少的同时，还能避免所述反射层26面积太大而影响所述发光二极管的正面出光效率。

当所述多量子阱层22向所述发光二极管的背面发出光时，如图8～图9所示，所述反射层26可以从所述透明导电层24上方的电流扩展层25上延伸至所述透明导电层24外围的电流扩展层25上，以提高发光效率。其中，延伸至所述透明导电层24外围的电流扩展层25上的所述反射层26可以覆盖部分或全部的所述电流扩展层25，所述反射层26在所述电流扩展层25表面覆盖的区域越大，则对发光效率提升的越明显。

并且，当所述多量子阱层22向所述发光二极管的背面发出光时，优选的，所述反射层26在垂直于所述衬底20方向上的投影位于所述保护层27在垂直于所述衬底20方向上的投影内，以使得所述保护层27能够阻隔所述反射层26中的金属向上迁移，进而避免导致出现漏电等可靠性问题；并且，优选的，所述保护层27在垂直于所述衬底20方向上的投影位于所述绝缘层291在垂直于所述衬底20方向上的投影内或者与所述绝缘层291在垂直于所述衬底20方向上的投影重合，以使得所述绝缘层291能够保护所述发光二极管内部的结构，避免环境中的水汽等渗透至所述发光二极管的内部而降低可靠性；并且，优选的，所述第一电极28的位于所述绝缘层291中的第一部分在垂直于所述衬底20方向上的投影位于所述透明导电层24在垂直于所述衬底20方向上的投影内，以减少电流在所述第一电极28的所述第一部分下方的聚集，缓解电流聚集效应。

并且，由于所述透明导电层24与接触的所述外延层之间的接触电阻大于所述电流扩展层25与接触的所述外延层之间的接触电阻，使得所述透明导电层24起到电流阻挡层的作用，能够阻挡大流量电流在所述第一电极28的下方纵向传输，迫使大部分电流在所述电流扩展层25中横向扩展，如图4中的箭头所指方向，大部分电流从所述透明导电层24上的所述电流扩展层25中向所述透明导电层24外围的所述电流扩展层25中横向扩展，之后再向下纵向传输，仅有少部分电流从所述透明导电层24直接向下纵向传输。

并且，由于所述透明导电层24的厚度很薄，且所述透明导电层24的掺杂浓度很高，使得所述透明导电层24与接触的所述外延层形成的PN结阻挡层很薄，当对所述第一电极28施加不大的电压时，阻挡层内部的电场强度就能够达到非常高的数值，这种很强的电场强度能够把阻挡层内的中性原子的价电子直接从共价键中拉出来，变为自由电子，同时产生空穴，这个过程称为场致激发，场致激发产生大量的载流子，使PN结的反向电流剧增。从能带理论上说，以所述第一半导体层21相比所述第二半导体层23更靠近所述衬底20以及所述第一半导体层21的掺杂类型为N型且所述第二半导体层23的掺杂类型为P型为例，由于反向偏压使得N型的所述透明导电层24的导带底部低于P型的所述第二半导体层23的价带顶部，此时量子效应可使得P型的所述第二半导体层23价带中的电子直接隧穿到N型的所述透明导电层24的导带中，形成电流。在电场作用下，载流子较容易穿过物理厚度很薄且掺杂浓度很高的所述透明导电层24，因此，可使小流量电流从所述第一电极28下方传输，从而使注入电流在所述发光二极管的多量子阱层22中均匀分布，提升发光效率和可靠性。

本实用新型适用于大功率的所述发光二极管，例如所述发光二极管的功率≥1W，所述发光二极管的工作电流≥1mA。

从上述内容可知，本实用新型的所述发光二极管包括：衬底；外延层，包括依次堆叠于所述衬底上的第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，所述第一半导体层与所述第二半导体层的掺杂类型相反；透明导电层，位于所述外延层的部分表面，所述透明导电层与接触的所述外延层的掺杂类型相反；电流扩展层，覆盖所述透明导电层且延伸至所述外延层上，所述电流扩展层与接触的所述外延层的掺杂类型相同；反射层，位于所述透明导电层上方的电流扩展层上；第一电极，位于所述反射层上。本实用新型的所述发光二极管在增加电流横向扩展长度的同时，还能提高发光二极管的光提取效率和可靠性。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (17)

1.一种发光二极管，其特征在于，包括：

衬底；

外延层，包括依次堆叠于所述衬底上的第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，所述第一半导体层与所述第二半导体层的掺杂类型相反；

透明导电层，位于所述外延层的部分表面，所述透明导电层与接触的所述外延层的掺杂类型相反；

电流扩展层，覆盖所述透明导电层且延伸至所述外延层上，所述电流扩展层与接触的所述外延层的掺杂类型相同；

反射层，位于所述透明导电层上方的电流扩展层上；

第一电极，位于所述反射层上。

2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述透明导电层与接触的所述外延层的接触电阻大于所述电流扩展层与接触的所述外延层的接触电阻。

3.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述透明导电层的厚度为

4.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，与所述电流扩展层接触的所述外延层的掺杂类型为P型时，所述电流扩展层的功函数大于与所述电流扩展层接触的所述外延层的功函数；与所述电流扩展层接触的所述外延层的掺杂类型为N型时，所述电流扩展层的功函数小于与所述电流扩展层接触的所述外延层的功函数。

5.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述电流扩展层的方块电阻小于与所述电流扩展层接触的所述外延层的方块电阻。

6.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述电流扩展层的厚度为1nm～1000nm。

7.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述反射层的厚度为

8.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一半导体层的掺杂类型为N型，所述第二半导体层的掺杂类型为P型时，所述第一半导体层相比所述第二半导体层更靠近所述衬底，所述透明导电层位于所述第二半导体层的部分表面，所述电流扩展层延伸至所述第二半导体层上；或者，所述第二半导体层相比所述第一半导体层更靠近所述衬底，所述透明导电层位于所述第一半导体层的部分表面，所述电流扩展层延伸至所述第一半导体层上，所述第二半导体层通过键合层与所述衬底键合。

9.如权利要求8所述的发光二极管，其特征在于，所述第二半导体层相比所述第一半导体层更靠近所述衬底时，所述第二半导体层与所述键合层之间还包括反射镜层。

10.如权利要求8所述的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管还包括：

第二电极，位于所述衬底的底面；或者，若所述第一半导体层相比所述第二半导体层更靠近所述衬底，所述第二电极位于所述第一半导体层上，若所述第二半导体层相比所述第一半导体层更靠近所述衬底，所述第二电极位于所述第二半导体层上。

11.如权利要求10所述的发光二极管，其特征在于，若所述第一半导体层相比所述第二半导体层更靠近所述衬底，所述第二电极与所述多量子阱层间隔设置。

12.如权利要求10所述的发光二极管，其特征在于，所述反射层上覆盖有绝缘层，所述第一电极贯穿所述绝缘层以与所述反射层连接；若所述第一半导体层相比所述第二半导体层更靠近所述衬底，所述绝缘层从与所述第二半导体层接触的反射层表面延伸至与所述第一半导体层接触，所述第二电极贯穿与所述第一半导体层接触的所述绝缘层，以使得所述第二电极与所述第一半导体层连接；若所述第二半导体层相比所述第一半导体层更靠近所述衬底，所述绝缘层从与所述第一半导体层接触的反射层表面延伸至与所述第二半导体层接触，所述第二电极贯穿与所述第二半导体层接触的所述绝缘层，以使得所述第二电极与所述第二半导体层连接。

13.如权利要求12所述的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管还包括保护层，所述保护层位于所述反射层与所述第一电极之间。

14.如权利要求13所述的发光二极管，其特征在于，所述多量子阱层向所述发光二极管的正面发出光时，所述保护层在垂直于所述衬底方向上的投影位于所述透明导电层在垂直于所述衬底方向上的投影内或者与所述透明导电层在垂直于所述衬底方向上的投影重合，所述反射层在垂直于所述衬底方向上的投影位于所述保护层在垂直于所述衬底方向上的投影内，所述反射层在垂直于所述衬底方向上的投影与所述第一电极在垂直于所述衬底方向上的投影重合。

15.如权利要求13所述的发光二极管，其特征在于，所述多量子阱层向所述发光二极管的背面发出光时，所述反射层从所述透明导电层上方的电流扩展层上延伸至所述透明导电层外围的电流扩展层上，所述反射层在垂直于所述衬底方向上的投影位于所述保护层在垂直于所述衬底方向上的投影内，所述第一电极的位于所述绝缘层中的第一部分在垂直于所述衬底方向上的投影位于所述透明导电层在垂直于所述衬底方向上的投影内。

16.如权利要求14所述的发光二极管，其特征在于，所述外延层具有粗化表面，和/或，所述透明导电层具有粗化表面，和/或，所述电流扩展层具有粗化表面，和/或，所述反射层具有粗化表面。

17.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管的功率≥1W，所述发光二极管的工作电流≥1mA。

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