CN102903819A - 具有扩展电极的发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种具有提高出光效率和改善出光均匀性的电极结构的发光二极管，通过减小单个指形电极的宽度和电极厚度到接近光的波长，利用光的衍射和干涉特性，使光绕过电极而出射，从而增加出光效率。所述电极结构包含两个或两个以上接触点和指形电极部分。该结构可应用于正装或者垂直结构的发光二极管芯片。
Description
技术领域
本发明涉及具有扩展电极的发光二极管，特别是一种具有提高出光效率和改善出光均匀性的电极结构的发光二极管。
背景技术
发光二极管（LED）经过多年的发展，已经广泛用于显示、指示、背光、照明等不同领域。
目前很多发光二极管采用金属电极指形结构进行电流扩展，从而提高器件的发光效率。如图1所示，为美国专利US5698865公开的一种电极结构图， 发光二极管出光面上分布有金属指形电极7。为了达到良好的电流扩展效果，其宽度一般都在1um以上。但是金属不透明，指形电极结构带来了减小发我面种的缺点，因此大大影响了出光效率，并且由于电极的挡光造成了出光的不均匀分布。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种提高出光效率和改善均匀性的发光二极管设计方案。
本发明的技术方案为：一种具有扩展电极的发光二极管，包括半导体发光叠层、电极，其特征在于：所述电极位于发光二极管出光面，包含接触电极和指形电极，所述部分或全部指形电极的宽度为亚微米级。
进一步地，所述半导体发光叠层发光有光通过所述指形电极时产生光的衍射或者干涉。
优选地，所述指形电极部分的宽度与发光波长接近，不超过发光主波长的两倍，其厚度也不能超过发光峰值波长的两倍，这样可以利用光的衍射和干涉提高出光效率。在本发明的一些实施例中，所述指形电极的宽度为小于或等于800nm。在本发明的一些实施例中，所述指形电极的宽度接近或等于所述发光二极管发光峰值波长。
优选地，所述指形电极包围的面积大于等于发光二极管出光面面积的一半。
优选地，所述接触电极包括两个接触点，所述指形电极由第一接触点向第二个接触点延伸。在本发明的一些实施例中，为更好的电流扩展，所有的指形电极都由接触点引出，并有多个指形电极部分来提高电流扩展能力。对于p面为出光面的发光二极管，可在外延层和金属电极之间加入透明电极层以提升电流扩展能力。在本发明的一些实施例中，所述指形电极在距离接触点最远处的宽度可大于接近接触点处的宽度，以使电流可以扩展到远离接触点的部分。
优选地，所述出光面电极为金属电极或氧化物电极，其材料可选自Au, Pt, Cu, Al, Ti, Ni, Cr, 金属氧化物或者上述材料的任意组合。
本发明考虑了光的干涉、衍射特性，指形电极部分采用了亚微米宽度的结构设计。由于光的衍射特性，在此结构中光可以绕过指形电极部分出射，不被其所阻挡，从而提到了发光二极管的出光效率。同时，为了有效地扩展电流，采用了多个亚微米级指形电极部分，从而可以改善出光均匀性。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1为现有的典型发光二极管的电极俯视图(US5698865)。
图2为根据本发明实施的一种发光二极管结构。
图3为图2所示的发光二极管中所涉及的出光面电极结构俯视图。
图4为图3所示电极结构的局部放大图。
图5为现有方案的出光效果模拟图。
图6为图3所示方案的出光效果模拟图。
具体实施方式
下面实施例公开了一种具有扩展电极的发光二极管，包括半导体发光叠层和电极结构。其中位于出光面的电极结构包括一些系列宽度为亚微米级的扩展电极和用于注入电流的球状接触电极。所有的指形电极都由接触点引出，当光从发光二极管的出光面射出时，在亚微米级的扩展电极处产生光的衍射或者干涉，绕过指形电极部分出射，从而不被其所阻挡，提到了发光二极管的出光效率。
下面结合附图和实施例对本发明的实施做进一步说明。在该实施例中以垂直结构的发光二极管为例进行说明。
如图2所示，一种发光二极管，包含：导电基板21，基板上方沉积有半导体发光叠层，依次为p型半导体层22、MWQ发光层23和n型半导体层24，n型半导体层上表面为出光面25。在其上制作电极图形，发光二极管的对角分布有两个球状接触电极26，从接触点延伸出指形电极部分27，其宽度约等于发光主波长。图3为出光面的俯视图，从图中可看出由指形电极27围成的面积占据了发光二极管发光面的大部分区域。图4是为了清楚地表示电极结构而进行的放大，指形电极27的宽度接近出光主波长，且接近球状接触电极26处的宽度略小于远离球状接触电极26处的宽度。
下表列出了各色LED对应的指形电极的优选宽度：
前述电极的材料可选自Au, Pt, Cu, Al, Ti, Ni, Cr, 金属氧化物或者上述材料的任意组合，其具体制作方式为用光刻形成电极图案，然后用离子溅射、电子束溅射或者电镀的方法生长电极，然后剥离掉光刻胶上的电极材料层，并去胶形成电极。本发明中电极图形的形成不限于该方式。也可以在n型外延层上生长绝缘层，然后光罩并刻蚀得到电极图形，去除光刻胶。通过电镀，或者溅射的方式生长电极，然后用化学机械研磨(CMP)的手段使电极的厚度小于1um。
在本实施例中，通过减小指形电极部分的宽度到接近于波长，由于光的衍射，光可以绕过该部分实现出射，避免了其对光线的遮挡，提高了出光效率，并且消除了指形电极部分图形挡光造成的出光不均匀。另外，使指形结构全部从接触点延伸出来可以达到使电流均匀扩展的目的。从而有效地提高了光效和均匀性。
图5和图6分别为现有技术和本实施例中所采用电极结构的出光模拟图。具体为图5模拟了图1中虚线长方形框14的出光效果，(a)图表示了出光强度沿长方形框14的长边各个位置的归一化的光强，(b)图表示了整个长方形14平面的出光光强，黑色表示光强小。图6模拟了图3中的虚线长方形框31的出光效果，(a)和(b)与图5两图含义相同，从图中可以看出各个位置的相对光强都约为1，没有档光部分。
通过模拟的出光效果可以直观的看到本发明所采用的电极结构指形电极部分基本上没有挡光，光线可以通过衍射和干涉均匀出射。而现有技术的指形电极部分存在明显的挡光。因此，本实施例的电极结构可以明显地提高出光效率，并且改善出光均匀性。
以上实施例仅为直观说明本发明只用，并非对本发明的限制。具体的图形方案可以做各种变化，只要在各权利要求所限定的范围，都属于本发明保护的范畴。
Claims (10)
1.具有扩展电极的发光二极管，包括半导体发光叠层、电极，其特征在于：所述电极位于发光二极管出光面，包含接触电极和指形电极，所述部分或全部指形电极的宽度为亚微米级。
2.根据权利要求1所述的具有扩展电极的发光二极管，其特征在于：所述半导体发光叠层发光时有光通过所述指形电极时产生衍射或者干涉的现象。
3.根据权利要求2所述的具有扩展电极的发光二极管，其特征在于：所述指形电极的宽度小于或者等于发光二极管发光峰值波长的2倍。
4.根据权利要求2所述的具有扩展电极的发光二极管，其特征在于：所述指形电极的宽度小于或等于800nm。
5.根据权利要求4所述的具有扩展电极的发光二极管，其特征在于：所述指形电极的宽度接近或等于所述发光二极管发光峰值波长。
6. 根据权利要求2所述的具有扩展电极的发光二极管，其特征在于：所述指形电极的厚度不超过发光峰值波长的两倍。
7.根据权利要求2所述的具有扩展电极的发光二极管，其特征在于：所述指形电极包围的面积大于等于发光二极管出光面面积的一半。
8.根据权利要求2所述的具有扩展电极的发光二极管，其特征在于：所述电极接触电极包括两个接触点，所述指形电极由第一接触点向第二个接触点延伸。
9.根据权利要求2所述的具有扩展电极的发光二极管，其特征在于：所述指形电极在距离接触电极最远处的宽度大于接近接触电极处的宽度。
10.根据权利要求2所述的具有扩展电极的发光二极管，其特征在于：所述出光面电极为金属电极或氧化物电极。
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