[发明专利]发光二极管

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光二极管，尤其涉及一种具有三维纳米结构阵列的发光二极管。

背景技术

由氮化镓半导体材料制成的高效蓝光、绿光和白光发光二极管具有寿命长、节能、绿色环保等显著特点，已被广泛应用于大屏幕彩色显示、汽车照明、交通信号、多媒体显示和光通讯等领域，特别是在照明领域具有广阔的发展潜力。

传统的发光二极管通常包括N型半导体层、P型半导体层、设置在N型半导体层与P型半导体层之间的活性层、设置在P型半导体层上的P型电极(通常为透明电极)以及设置在N型半导体层上的N型电极。发光二极管处于工作状态时，在P型半导体层与N型半导体层上分别施加正、负电压，这样，存在于P型半导体层中的空穴与存在于N型半导体层中的电子在活性层中发生复合而产生光子，且光子从发光二极管中射出。

然而，现有的发光二极管的光取出效率(光取出效率通常指活性层中所产生的光从发光二极管内部释放出的效率)较低，其主要原因是由于半导体(通常为氮化镓)的折射率大于空气的折射率，来自活性层的大角度光在半导体与空气的界面处发生全反射，从而大部分大角度光被限制在发光二极管的内部，直至以热等方式耗散。这对发光二极管而言非常不利。

为了解决上述问题，现有技术中通过控制氮化镓生长方式提高发光二极管的出光率。但是该方法工艺复杂，成本较高。现有技术中也有采用表面粗糙化或表面图形化发光二极管的出光面等方法改变光线的入射角度从而提高发光二极管的出光率的报道。但是这种方法只能在较小程度上改变光线的入射角，对于入射角较大的大角度光仍无法有效地提取，影响了发光二极管的出光率。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一光取出效率较高的发光二极管。

一种发光二极管，其包括：一基底；一第一半导体层、一活性层以及一第二半导体层依次层叠设置于所述基底的一侧，且所述第一半导体层靠近基底设置；一第一电极与所述第一半导体层电连接；一第二电极与所述第二半导体层电连接；其中，进一步包括多个三维纳米结构以阵列形式设置于第二半导体层的远离基底的表面，且所述三维纳米结构为阶梯状结构。

一种发光二极管，其包括：一基底；一第一半导体层、一活性层以及一第二半导体层依次层叠设置于所述基底的一侧，且所述第一半导体层靠近基底设置；一第一电极与所述第一半导体层电连接；一第二电极与所述第二半导体层电连接；其中，进一步包括多个三维纳米结构以阵列形式设置于第一半导体层与基底接触的表面，且所述三维纳米结构为阶梯状结构。

一种发光二极管，其包括：一基底；一第一半导体层、一活性层以及一第二半导体层依次层叠设置于所述基底的一侧，且所述第一半导体层靠近基底设置；一第一电极与所述第一半导体层电连接；一第二电极与所述第二半导体层电连接；其中，进一步包括多个三维纳米结构以阵列形式设置于基底与第一半导体层接触的表面，且所述三维纳米结构为阶梯状结构。

与现有技术相比较，本发明的发光二极管中，多个三维纳米结构以阵列形式设置形成一三维纳米结构阵列。由于本发明的三维纳米结构为阶梯状结构，相当于包括至少两层三维纳米结构或两层光子晶体结构，所以可以更加有效的提高发光二极管的大角度光的取出效率。或者，当大角度光向基底传播过程中遇到三维纳米结构阵列，会经三维纳米结构阵列反射而变成小角度光。一方面，大角度光变成小角度光可以提高发光二极管的出光效率，另一方面，大角度光变成小角度光可以减小光线在发光二极管内部的传播路径，从而减小光线在传播过程中的损耗。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的发光二极管的结构示意图。

图2为图1的发光二极管沿Ⅱ-Ⅱ线的剖视图。

图3为本发明第一实施例提供的发光二极管的三维纳米结构阵列的扫描电镜照片。

图4为本发明第一实施例提供的发光二极管的光取出效率测试结果。

图5为本发明第二实施例提供的发光二极管的结构示意图。

图6为本发明第三实施例提供的发光二极管的结构示意图。

图7为本发明第四实施例提供的发光二极管的结构示意图。

图8为图7的发光二极管沿Ⅷ-Ⅷ线的剖视图。

主要元件符号说明

发光二极管          10，20，30，40

第二电极            11，21，31，41

基底                12，22，32，42

第一电极            13，23，33，43

第一半导体层        14，24，34，44

三维纳米结构        15，45