CN102142498A - 具有更均匀电流散布的发光器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供氮化物发光器件(LED)。根据本发明的非限制性实施例的氮化物发光器件(LED)可以包括p垫和n垫，其中p垫和n垫被布置在器件相对端。第一p分支电极和第二p分支电极可以从p垫向n垫延伸，第一p分支电极沿器件的长度延伸。第二p分支电极可以具有弯曲部，以便沿器件的宽度和长度延伸。n分支电极可以从n垫向p垫延伸，其中，n分支电极的末端弯向第二p分支电极的弯曲部。可替选地，p分支电极和n分支电极可以被配置成使得n分支电极与第一和第二p分支电极之间的距离随着到n垫的接近而增加。结果，根据示例性实施例的基于氮化物的LED可以呈现改进的电流均匀性，较低的正向操作电压和较高的总效率。
Description
技术领域
本发明的至少一个实施例总体上涉及基于氮化物的发光器件(LED)和/或分支电极的设计，用于实现更均匀的电流散布和更高的效率。
背景技术
由于基于氮化物的LED具有较高的光输出功率的潜力，因此正越来越多地对其进行开发用于各种应用(例如，普通照明、背光、车灯)。但是，基于氮化物的LED的效率对于普通照明市场中的技术的大量采用仍然是一种障碍。
图1是传统的基于氮化物的LED的横截面图。参考图1，传统的基于氮化物的LED包括形成于衬底2上的n型半导体层4。衬底2可以由蓝宝石、碳化硅、氮化镓或硅形成。发光有源区6在竖直方向上形成于n型半导体层4上。p型半导体层8形成于有源区6上。这些层可以通过多种已知方法来沉积，该多种已知方法包括MOVPE(金属有机气相外延)、MBE(分子束外延)或HVPE(氢化物气相外延)。结果，形成了竖直堆叠的p-i-n结。
金属n连接垫10(以下称为n垫)被形成为与n型半导体层4电连接。这借助于部分地穿过p型半导体层8和有源区6进行蚀刻以暴露n型半导体层4的表面来实现。n垫10必须具有允许进行外部电连接至LED芯片的最小尺寸。还可以形成金属n分支电极(或多个n分支电极)，以便于从n垫10延伸同时与n型半导体层4电接触。n分支电极本质上是从n垫10延伸同时与n型半导体层4电接触的薄金属带。n分支电极的主要目的是提供较低电阻的路径，使得电流遍布器件的n型半导体层4。n分支电极应该具有较小的表面积，因为金属吸收由器件发出的光，由此降低效率。
透明、导电的电流散布层12形成于p型半导体层8上，以便与其电接触。结果，提供了用于将电流散布于p型半导体层8的整个表面的较低电阻的路径。电流散布层12常用于氮化物LED中，这是因为p型半导体层8的导电性通常比n型半导体层4的导电性低得多。电流散布层12可以由ITO(氧化铟锡)、ZnO(氧化锌)、InZnO(氧化铟锌)或其它合适的材料制成。
金属p连接垫(以下称为p垫)14形成为与电流散布层12电接触。p垫14也需要具有允许进行外部电连接至LED的最小物理尺寸。还可以形成金属p分支电极(或多个p分支电极)，以便从p垫14延伸同时与电流散布层12电接触。
通常在传统氮化物LED中，n型半导体层4和电流散布层12的片电阻不同。这种失配意味着在缺少分支电极时电流不会均匀散布在整个有源区6。为了改进均匀性，可以使用n和p分支电极。分支电极使得LED能够更有效地操作并在更低电压下操作。分支电极缩短n垫10和p垫14之间的整个电阻路径，这是因为分支电极允许电流在高导电性金属中传播n垫10和p垫14之间的大部分物理距离，而在较低导电性的p型半导体层8、n型半导体层4和电流散布层12中传播小得多的距离。分支电极有源改善电流穿过有源区6的均匀性，这是因为分支电极比p型半导体层8、n型半导体层4和电流散布层12的导电性更强。结果，分支电极的设计在通过有源区6的每个部分的整个阻力路径上占统治地位，并总体上确定通过有源区6的电流分布。
均匀的电流散布是有利的，因为其防止称为“电流拥挤”的现象。当n垫10和p垫14之间的总电阻路径在通过有源区6的较小的区域上相当低时发生电流拥挤，由此导致通过该区域的较大的电流密度。这导致局部性发热并降低设备的效率，这是因为有源区6的发光效率随温度而降低。可以在由E.Fred Schubert所著的“Light-Emitting Diodes”(剑桥大学出版社)的对Shockley-Read复合的描述中找到对该过程的更加详细的说明，其全部内容通过引用合并于此。也不希望存在较低电流密度或黑斑的区域，因为其不能最佳地利用整个有源区6，其制作较贵。实现通过LED有源区6的均匀电流分布及减小正向操作电压的分支电极设计的有效性对分支电极设计的形状较敏感。
美国专利No.6,614,056公开了具有分支电极设计的基于氮化物的LED，其实例在图2中示出。参考图2，n分支电极22以直线的形式沿芯片中心从n垫18向p垫16延伸。第一和第二p分支电极20和21从p垫16向芯片的相对侧延伸至中心n分支电极24的两侧。该设计的问题在于，其导致通过有源区的非均匀的电流分布。具体来说，其产生芯片四角的较低电流密度的区域(图2中以A标记)以及p分支电极20和21末端周围的电流拥挤区域(图2中以B标记)。美国专利No.6,614,056还教导在p分支电极20、21和n分支电极22之间保持均匀距离。这种约束可以导致电流拥挤和较低电流密度的区域。
美国专利7,531,841公开了具有分支电极设计的基于氮化物的LED，其n分支电极从n垫沿芯片的不朝向p垫的一侧延伸。而且，两个p分支电极在中线的两侧向n垫延伸。在该参考文献的一个实施例中，p电极的末端倾斜离开n垫，以便于减少p电极末端周围的电流拥挤。该设计的问题在于，芯片上存在通过有源区的电流密度低于芯片的其它区域的较大区域：芯片的上部角落以及p电极的外部。而且，n电极和p电极之间的平均间隔较大，由此导致更大的操作电压并降低了芯片的效率。
美国专利6,650,018公开了具有分支电极的基于氮化物的LED，其中分支电极沿其长度逐渐变细。该设计的问题在于，其使得电极和半导体层之间的接触电阻沿其长度增加。这导致向接触电阻最小的电极的基部的电流拥挤。
发明内容
本发明的示例性实施例涉及基于氮化物的发光器件(LED)，其具有改进的电流均匀性和较低的正向操作电压。根据示例性实施例，通过改变n电极和p电极之间的作为它们长度的函数的电阻路径，可以使得通过有源区的电流分布在整个LED芯片更加均匀，并可以减小正向操作电压。这提高了器件的总的光转换效率并降低了电功率消耗，由此提高了器件的总效率。
根据本发明的非限制性实施例的氮化物发光器件可以包括布置在器件相对端的n垫和p垫。例如，p垫和n垫可以被布置在器件的对角。第一p分支电极和第二p分支电极可以从p垫向n垫延伸，第一p分支电极沿器件的长度延伸。第二p分支电极可以包括弯曲部，以便沿器件的宽度和长度延伸。n分支电极可以从n垫向p垫延伸，其中，n分支电极的末端弯向第二p分支电极的弯曲部。
根据本发明的另一个非限制性实施例的氮化物发光器件可以包括布置在器件相对端的p垫和n垫。第一p分支电极和第二p分支电极可以从p垫向n垫延伸。n分支电极可以从n垫向p垫延伸，其中，n分支电极与第一和第二p分支电极之间的距离关于到n垫的接近度的相对增加而相对增加。
根据本发明的第一非限制性方面，基于氮化物的LED可以具有与p型半导体层接触的透明的电流散布层，在该电流散布层上，在器件的一个角落形成有p接触垫。两个p分支电极从p垫延伸，第一p分支电极与芯片的较长边缘平行地延伸。第二p分支电极与芯片的较短边缘平行地延伸，然后转向与芯片的较长边缘平行地行进。n垫形成在与p垫相对的角落并与n型层接触。与n型层电接触的n分支电极然后斜向延伸短部分，直到该n分支电极沿着芯片的中线，从那里该n分支电极与芯片的较长边平行的方向延伸。电极的末端向与n和p接触垫均相对并最接近于n分支电极的角落倾斜。该角落在下文中被称为问题角落。利用该倾斜的n分支电极原因是增加通过在问题角落中的有源区的电流密度。这种倾斜具有降低用于从p电极通过芯片的该角落的有源区行进到n电极的电流的总电阻路径的效果。通过将n和p接触垫放置在芯片的角落中，消除了传统技术中在芯片角落中存在低电流密度区域的常见问题。这样单独留下一个仍然具有低电流密度的角落，即前述问题角落。倾斜的n电极就解决了这个问题，产生了具有非常均匀的电流分布和降低的正向操作电压的芯片。
本发明的第二非限制性方面可以包括基于氮化物的LED，其具有与本发明的第一方面相同的结构和分支电极设计，但具有在问题角落中形成的附加分支(角落延伸部)。该分支开始于问题角落中第二p分支电极的顶点，并向问题角落中的芯片顶点延伸。该附加的p分支电极通过降低用于从p分支电极通过问题角落中的有源区行进到n分支电极的电流的电阻路径来进一步增加通过问题角落中的有源区的电流密度。
本发明的第三非限制性方面可以包括基于氮化物的LED，其具有与本发明的第一方面描述的电极设计相同的电极设计，所增加的是，第一p分支电极的末端向n垫倾斜。这通过减小用于在n和p电极之间通过该有源区的区域流动的电流的总电阻路径来防止在n垫和第一p电极的末端之间形成低电流密度的区域。
本发明的第四非限制性方面可以包括基于氮化物的LED，其具有与本发明的第一方面描述的电极设计相同的电极设计，但是代替分离地从p垫延伸的p分支电极，p电极的附加分支将p垫连接到原始p电极的两个分支。这具有减小n和p分支电极之间的平均距离由此降低芯片的正向操作电压的优点。其还具有向电流分布引入少量不均匀的效果，这对于从芯片提取光是有利的。由于金属p垫的吸收，直接在p垫之下产生的光具有较低的提取效率。为了减少该吸收，降低通过p垫下的有源区的电流密度是有利的。这样做的问题在于需要提高芯片的其它区域的电流密度并且产生了所有已经讨论过的与之相关的问题。因此在这两种效果之间进行折衷。在该实施例中，由于在增加附加分支之前通过有源区的电流分布较均匀，所以降低p垫下的电流密度的效果具有少量增加通过有源区的其余部分的平均电流密度但不产生任何电流拥挤的区域的效果，因此芯片的总效率提高。
本发明的第五非限制性方面可以包括基于氮化物的LED，其具有与本发明的第一方面描述的电极设计相同的电极设计，所增加的是，在第二p分支电极的末端，该分支一分为二，这两个新的分支(末端延伸部)以总体上相反的方向从该顶点延伸。该附加部件的目的在于使得p分支电极的末端与其面对的n垫的边缘更加平行。没有该部件的话，电流会从沿n垫的边缘的所有点流到p分支电极的末端的单个点，造成p分支电极的末端处的电流拥挤。具有该部件，p分支电极总体上平行于n垫，因此，n垫和p分支电极上的相对点之间的电阻路径相等。这使得流出n垫的电流流入p分支电极的较大区域中，由此降低了芯片中该区域的电流拥挤效应。这减小了正向操作电压并使得芯片更有效地操作。
本发明的第六非限制性方面可以包括具有透明电流散布层的基于氮化物的LED，该透明电流散布层与p型层接触，并在芯片的边缘、与n型层接触的最短边的中间具有n垫。p垫于是位于芯片的边缘、LED相对边的中间。n分支电极沿芯片的中线从n垫向p垫延伸。两个p分支电极沿中间的n分支电极的两侧从p垫向相对边缘延伸。n分支电极和p分支电极之间的距离沿其长度逐渐增加，从而沿其长度增加p和n电极之间的总电阻路径。这防止了当n和p电极之间的距离保持恒定时在传统技术中观察到的p电极末端处电流拥挤的问题。这提高了通过芯片的有源区的电流的均匀性，提高了芯片的效率并降低了正向操作电压。
本发明的第七非限制性方面可以包括具有与p型层接触的透明电流散布层的基于氮化物的LED。p垫于是位于芯片的边缘、LED芯片相对边缘的中间。n分支电极沿芯片的中线从n垫向p垫延伸。两个p分支电极沿中间的n分支电极的两侧从p垫向相对边缘延伸。在该实施例中，使用与先前实施例相同的原理，由此，n和p电极之间的距离沿其长度变化。在该实施例中，这通过沿n电极的长度逐渐增加n电极的宽度来实现。这意味着n电极与n层接触的区域每单位长度地增加，降低了从n电极进入到n层的电流的每单位长度的接触电阻。该实施例具有前述实施例的全部优点。
附图说明
图1是传统的基于氮化物的发光器件(LED)的横截面图；
图2是传统的基于氮化物的LED的分支电极设计的平面图；
图3是根据本发明的非限制性实施例的半导体层上的分支电极的横截面图；
图4是根据本发明的第一非限制性实施例的基于氮化物的LED的分支电极设计的平面图；
图5是示出两个基于氮化物的LED的操作电流相对于正向操作电压的关系的图：一个具有根据第一非限制性实施例的电极设计，一个具有传统电极设计；
图6是根据本发明的第二非限制性实施例的基于氮化物的LED的分支电极设计的平面图；
图7是根据本发明的第三非限制性实施例的基于氮化物的LED的分支电极设计的平面图；
图8是根据本发明的第四非限制性实施例的基于氮化物的LED的分支电极设计的平面图；
图9是根据本发明的第五非限制性实施例的基于氮化物的LED的分支电极设计的平面图；
图10是根据本发明的第六非限制性实施例的基于氮化物的LED的分支电极设计的平面图；
图11是根据本发明的第七非限制性实施例的基于氮化物的LED的分支电极设计的平面图；
具体实施方式
可以理解，当元件或层被称为在另一个元件或层“上”，“连接到”、“耦合到”或“覆盖”另一个元件或层时，其可以是直接位于另一个元件或层上，直接连接到、耦合到或覆盖另一个元件或层，或者可以存在插入元件或层。相反，当元件被称为“直接在”另一个元件或层“上”，“直接连接到”或“直接耦合到”另一个元件或层时，则不存在插入元件或层。贯穿说明书，相同的附图标记指相同的元件。如这里所使用的，术语“和/或”包括一个或多个所列出的相关项目的任何或全部组合。
应该理解，虽然这里使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应被这些术语所限制。仅使用这些术语来对一个元件、部件、区域、层或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分进行区分。因此，以下讨论的第一元件、第一部件、第一区域、第一层或第一部分可以被称为第二元件、第二部件、第二区域、第二层或第二部分，而不脱离示例性实施例的教导。
这里可以使用空间相关的术语，例如“下方”、“下面”、“较低”、“上面”、“上方”等，以便于容易地描述图中所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。可以理解，空间相关的术语旨在包括使用或操作中的器件除图中描绘的取向之外的不同的取向。例如，如果图中的器件被翻转，则被描述为在其它元件或特征的“下面”或“下方”的元件于是被确定为在其它元件或特征的“上面”。因此，术语“下面”可以包括上面和下面的取向两者。器件可以被另外定向(旋转90度或其它取向)，并且相应解释这里所使用的空间相关的描述符。
这里所使用的术语的目的仅在于描述各种实施例，并不旨在成为示例性实施例的限制。如这里所使用的，单数形式“一”还旨在包括复数形式，除非上下文清楚地另行说明。还可以理解，当在本说明书中使用术语“包括”时，其指示存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或增加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。
这里参考横截面的图例对示例性实施例进行描述，这些图例示意性地示出了示例性实施例的理想化实施例(及中间结构)。同样，例如由于制造技术和/或容限而产生的图例形状的变化要被预料到。因此，示例性实施例不应被解释成限制于这里所示的区域形状，而应包括例如由于制造而产生的形状上的偏离。
除非另行限定，这里使用的全部术语(包括技术和科学术语)具有与本领域的一个普通技术人员通常理解的意义相同的意义。还可以理解，术语(包括在通常使用的字典里定义的那些术语)应该被解释成具有与其在相关技术的上下文中的意义一致的意义，并且不会被解释为理想化或过度形式化的意义，除非这里明确地如此定义。
p分支电极可以提供较低的电阻路径，以便于电流更容易地遍布芯片的区域，并进入与p电极电接触的p型层或电流散布层(如果一种被使用)。n分支电极可以提供更低的电阻路径，以便于电流更容易地遍布芯片的区域，并进入与n电极电接触的n型层。所希望的p分支电极材料的电特性是，其具有较高的导电性，并形成与p层的合适的电接触。类似地，所希望的n分支电极材料的特性是，其具有较高的导电性，并形成与p层或电流散布层(如果一种被使用)的合适的电接触。为了实现这些要求，分支电极可以由金属或多层不同的金属制成。
图3示出了形成于LED层30上的分支电极28的横截面。对于p分支电极，相关的LED层30可以是p型层或电流散布层。另一方面，对于n分支电极，相关的LED层30可以是n型层。分支电极的宽度34和高度32是电性能(其通常随着增加的宽度34和高度32而增加)、光性能和成本(这两者随着宽度34和高度32的增加而降低)的折衷。分支电极28的总电阻随着宽度34和高度32而降低，分支电极28和与其接触的半导体层30之间的接触电阻也随着电极的宽度34而降低。相反，分支电极28的材料成本还随着宽度34和高度32而增加，光学吸收也是如此，其使得LED的总效率降低。p分支电极可以具有大约1到25微米范围内(例如，在大约3到10微米之间)的宽度。n分支电极也可以具有大约1到25微米范围内(例如，在大约3到10微米之间)的宽度。这两种分支电极的高度可以在大约100到4000nm范围内(例如，在大约250到2000nm范围内)。
图4示出了本发明的一个实施例，基于氮化物的LED具有透明的电流散布层36，在该电流散布层36上、在器件的一个角落形成有p接触垫38。两个p分支电极40和42从p接触垫38延伸。第一p分支电极40与芯片的较长边缘平行地延伸。第二p分支电极42与芯片的较短边缘平行地延伸，然后转向与芯片的较长边缘平行地行进。n垫44形成在与p垫38相对的角落。n分支电极从n垫44斜向延伸短部分46，直到该n分支电极沿着芯片的中线，从那里在芯片的最长边缘的方向延伸长部分48。被表示成芯片的总长度的小数的n分支电极的长部分48的长度在大约0.05和0.7之间(例如，在大约0.1和0.6之间)。n分支电极的末端部分50向与n和p接触垫38和44均相对并最接近于n分支电极的角落倾斜。Z指示由n分支电极的倾斜末端部分50的开始限定的点至LED芯片的右上角之间的线相对于竖直轴的倾斜角。n分支电极的倾斜末端部分50相对于竖直轴的倾斜角可以在大约Z-35和Z+35度之间(例如，在Z-25和Z+5度之间)。n分支电极的倾斜末端部分50的长度被表示成n分支电极的直行部分的末端和n电极的倾斜部分与p电极之间的交叉点之间的距离的小数，其可以在大约0.05和0.8之间(例如，在大约0.1和0.6之间)。
针对该第一实施例的实例进行了电学仿真。仿真的芯片尺寸为200x560微米。n和p垫均具有至少45微米半径的圆形区域，这使得外部电线能够连接到芯片。p分支电极具有6微米的宽度和1000nm的高度，并且与电流散布层电接触，该电流散布层进而与p层电接触。n分支电极具有12微米的宽度和1000nm的高度，并与n层电接触。为了形成与n型层电接触的n分支电极和n垫，需要蚀刻掉电流散布层、p型层和有源区的一部分以暴露n型层的表面。这可以通过本领域的普通技术人员已知的适当的标准蚀刻技术来实现。被蚀刻的区域包括n接触垫和n分支电极的边缘周围的6微米的边界。该边界允许当n电极和n接触垫被形成在通过蚀刻而暴露的n层表面上时的对准误差。对该电极设计进行了电学仿真，用以预测不同电流情况下的操作电压以及通过有源区的电流密度的均匀性。作为电流均匀性的数值测量，可以使用最大电流密度与平均电流密度的比率。该比率越低，电流散布于整个有源区越均匀，并且越少存在电流拥挤。最佳的均匀电流分布的比率为1。为了进行比较，利用与本发明实例相同的尺寸对图2中所示的传统的电极设计进行了仿真。在100mA的操作电流的条件下根据仿真结果计算的电流均匀性比率对于传统技术为1.58，而对于本实例是1.27。这显示在通过有源区的电流均匀性方面本发明比传统技术显著改进。
图5还示出了两个氮化物LED的正向电压对操作电流的曲线图：一个具有根据本实施例的示例性实施例的电极设计，一个具有如图2所示的传统的电极设计。两个LED具有相同的芯片和电极尺寸。这显示具有根据本实施例的示例性实施例的电极设计的LED比具有传统的电极设计的LED的正向操作电压明显降低。
图6中所示的本发明的另一个实施例是基于氮化物的LED，其具有如在第一实施例中描述的电流散布层和电极设计，但增加了角落延伸部52，该角落延伸部52从芯片角落中的第二p分支电极延伸，在该芯片角落中，第二p分支电极在与芯片的较短边缘平行地行进之后转向与较长边缘平行地行进。该额外的分支以总体上朝向芯片角落的方向延伸，其长度如表示成到芯片角落的距离的小数应该是大约0.1和0.8之间(例如，大约0.2和0.6之间)。该额外的p分支电极(角落延伸部)52通过减小从p分支电极通过该角落的有源区到n分支电极行进的电流的电阻路径来进一步增加通过芯片的该角落中的有源区的电流密度。
图7中所示的本发明的另一个实施例是基于氮化物的LED，其具有如在第一实施例中描述的电流散布层和电极设计，所增加的是，第一p分支电极的末端部分54向n垫55倾斜。第一p分支电极从p垫开始沿芯片的较长边缘延伸直到一点，该点被表示成芯片长度的小数为大约0.4和0.95之间(例如，大约0.5和0.9之间)。p分支电极的末端部分54然后以大约5到80度之间(例如，大约20到65度之间)的角度Y向n垫55倾斜。第一p分支电极的末端部分54以该角度Y延伸直到一点，该点被表示成芯片长度的小数为大约0.55和0.99之间(例如，大约0.65和0.95之间)。第一p分支电极的倾斜的末端部分54的优点是防止在n垫55和第一p电极的末端54之间形成低电流密度的区域(图6中以C来对该区域进行标记)。其具有减小用于在n和p电极之间流动通过有源区的该区域的电流的总电阻路径的效果。
图8中所示的本发明的另一个实施例是基于氮化物的LED，其具有如在第一实施例中描述的电流散布层和电极设计，所增加的是，代替从p垫56分离地延伸的p分支电极60和62，公共连接件58将p垫56连接到p分支电极60和62。该连接件58到芯片的竖直轴的角度X可以在大约5和75度之间(例如，大约10和50度之间)。连接件58的位置可以由其与p垫56的边缘相切的事实来限定。连接件58的端点是与第一和第二p分支电极60和62的交叉点。该交叉点还充当第一和第二p分支电极60和62的起点。该实施例的优点是通过减小通过直接位于p垫56下面的有源区的电流密度来降低LED的正向操作电压并改善LED的总的光提取效率。
图9中所示的本发明的另一个实施例是基于氮化物的LED，其具有如在第一实施例中描述的电流散布层和电极设计，所增加的是，在第二p分支电极64的末端，该分支一分为二，这两个新的分支(末端延伸部)66和68以总体上相反的方向从该顶点延伸。每个新分支和原始分支之间的倾斜角可以在大约45和135度之间(例如，大约80和100度之间)。向芯片边缘延伸的新分支68的长度如表示为n垫70的宽度的小数应该在大约0.05和0.45之间(例如，在大约0.1和0.3之间)。向n分支电极72延伸的新分支66的长度如表示为到与n电极72相邻的p层边缘的距离的小数应该在大约0.05和0.45之间(例如，在大约0.1和0.3之间)。
该附加部件的目的在于使得第一和第二末端延伸部66和68与其面对的n垫70的边缘更加平行。没有该部件的话，电流会从沿n垫70的边缘的所有点流到第二p分支电极64的末端的单个点，造成第二p分支电极64的末端处的电流拥挤。具有了该部件，第一和第二末端延伸部66和68总体上平行于n垫70，因此，n垫70和p分支电极64上的相对点之间的电阻路径大致相等。这使得流出n垫70的电流流入第一和第二末端延伸部66和68的较大区域中，由此降低了芯片中该区域的电流拥挤效应。这降低了正向操作电压并使得芯片更有效地操作。
图10中所示的本发明的另一个实施例是具有透明电流散布层74的基于氮化物的LED，在该透明电流散布层74上，在器件的一端、最短边缘的中间形成有p垫76。n垫78于是位于芯片的边缘、LED芯片的相对边的中间。n分支电极80沿芯片的中线从n垫78向p垫76延伸。第一和第二p分支电极82和84沿n分支电极80的两侧从p垫76向相对边缘延伸。n分支电极80和p分支电极82、84之间的距离沿其长度逐渐增加，以关于到n垫78的接近度的增加而增加n分支电极80和p分支电极82、84之间的总电阻路径。n分支电极80和p分支电极82、84之间的距离可以是对称的，使得从沿n分支电极80的每个点到沿每个p分支电极82、84的长度的每个点的距离相同。假设n分支电极80从n垫78沿其延伸的方向为y方向，并且与y方向正交的方向为x方向，n分支电极80和p分支电极82、84上具有相同y值的两个单独点之间的间隔从大约0.05w和0.35w之间逐渐变化到大约0.25w和0.5w之间(例如，0.15w和0.25w之间到0.35w和0.45w之间)，其中w是LED芯片的全宽。这防止了在传统技术中观察到的p电极末端处电流拥挤的问题并提高了通过芯片的有源区的电流的均匀性。
图11中所示的本发明的另一个实施例是具有透明电流散布层86的基于氮化物的LED，在该透明电流散布层86上，在器件的一端、最短边缘的中间形成有p垫88。n垫90于是位于芯片的边缘、LED芯片的相对边缘的中间。n分支电极92沿芯片的中线从n垫90向p垫88延伸。两个p分支电极94和96沿n分支电极92的两侧从p垫88向相对边缘延伸。n分支电极92的宽度关于到n垫90的接近度的减小而沿其长度增加，使得n分支电极92的末端的宽度为其在从n垫90突出时的初始宽度的大约1.2到4倍之间(例如为其初始宽度的大约1.5到2.5倍之间)。这意味着n分支电极92与n层接触的区域每单位长度地增加，由此降低了用于通过n分支电极92进入到n层中的电流的每单位长度的接触电阻。该实施例具有前述实施例的全部优点。
虽然这里对本发明的示例性实施例进行了公开，但是应该理解，可以实现其它变化。不认为这些变化背离本发明的精神和范围，并且对于本领域技术人员来说明显的所有这些修改旨在包含在以下权利要求的范围中。
Claims (21)
1.一种氮化物发光器件，包括：
布置在所述器件相对端的p垫和n垫；
第一p分支电极和第二p分支电极，所述第一p分支电极和所述第二p分支电极从所述p垫向所述n垫延伸，所述第一p分支电极沿所述器件的长度延伸，所述第二p分支电极包括弯曲部，以便沿所述器件的宽度和长度延伸；以及
n分支电极，从所述n垫向所述p垫延伸，所述n分支电极的末端弯向所述第二p分支电极的弯曲部。
2.根据权利要求1所述的器件，其中所述p垫和所述n垫被布置在所述器件的对角。
3.根据权利要求1所述的器件，其中所述n分支电极在所述第一p分支电极和所述第二p分支电极之间延伸。
4.根据权利要求1所述的器件，其中所述n分支电极的近端以朝向所述器件的中线的角度延伸。
5.根据权利要求1所述的器件，其中所述n分支电极的大部分沿所述器件的中线延伸。
6.根据权利要求1所述的器件，还包括：
角落延伸部，其从所述第二p分支电极的弯曲部向外朝着与所述器件的所述对角相邻的角落延伸。
7.根据权利要求1所述的器件，其中所述第一p分支电极的末端弯向所述n垫。
8.根据权利要求1所述的器件，其中所述第一p分支电极和所述第二p分支电极在公共点处与所述p垫接触。
9.根据权利要求1所述的器件，还包括：
公共连接件，其将所述第一p分支电极和所述第二p分支电极连接到所述p垫。
10.根据权利要求1所述的器件，还包括：
从所述第二p分支电极的末端延伸的第一末端延伸部和第二末端延伸部。
11.根据权利要求10所述的器件，其中所述第一末端延伸部和所述第二末端延伸部按相反方向延伸。
12.根据权利要求1所述的器件，还包括：
透明电流散布层，所述p垫被布置在该透明电流散布层上。
13.一种氮化物发光器件，包括：
布置在所述器件相对端的p垫和n垫；
第一p分支电极和第二p分支电极，所述第一p分支电极和所述第二p分支电极从所述p垫向所述n垫延伸；以及
n分支电极，从所述n垫向所述p垫延伸，所述n分支电极与所述第一p分支电极和所述第二p分支电极之间的距离关于到n垫的接近度的相对增加而相对增加。
14.根据权利要求13所述的器件，其中所述n分支电极在所述第一p分支电极和所述第二p分支电极之间延伸。
15.根据权利要求13所述的器件，其中所述p垫和所述n垫关于所述器件的中线而居中。
16.根据权利要求13所述的器件，其中所述n分支电极沿所述器件的中线延伸。
17.根据权利要求13所述的器件，其中所述器件关于所述器件的纵轴对称。
18.根据权利要求13所述的器件，其中所述第一p分支电极和所述第二p分支电极在向所述n垫延伸的过程中发散。
19.根据权利要求18所述的器件，其中所述n分支电极的宽度保持恒定。
20.根据权利要求13所述的器件，其中所述n分支电极的宽度随着接近所述p垫而增加。
21.根据权利要求20所述的器件，其中所述第一p分支电极和所述第二p分支电极的大部分平行地延伸。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102194953A (zh) * | 2010-03-08 | 2011-09-21 | 株式会社东芝 | 半导体发光器件 |
| CN102709431A (zh) * | 2012-05-04 | 2012-10-03 | 施科特光电材料(昆山)有限公司 | 适用于大功率GaN基LED芯片的复合电极 |
| CN102931312A (zh) * | 2011-08-11 | 2013-02-13 | 隆达电子股份有限公司 | 半导体发光装置 |
| CN106972089A (zh) * | 2017-04-14 | 2017-07-21 | 华南理工大学 | 一种稻草人形n电极及垂直结构led芯片 |
| CN110085718A (zh) * | 2014-07-01 | 2019-08-02 | 首尔伟傲世有限公司 | 发光装置 |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5741164B2 (ja) * | 2011-04-12 | 2015-07-01 | 日亜化学工業株式会社 | 発光素子 |
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| KR101541363B1 (ko) * | 2013-11-08 | 2015-08-03 | 일진엘이디(주) | 균일한 전류 확산 구조를 가진 발광 다이오드 |
| US9666779B2 (en) * | 2013-11-25 | 2017-05-30 | Yangzhou Zhongke Semiconductor Lighting Co., Ltd. | Semiconductor light emitting diode chip with current extension layer and graphical current extension layers |
| WO2016159544A1 (ko) * | 2015-03-27 | 2016-10-06 | 서울바이오시스 주식회사 | 발광 다이오드 |
| KR101826953B1 (ko) * | 2015-03-27 | 2018-02-07 | 서울바이오시스 주식회사 | 발광 다이오드 |
| US9905729B2 (en) * | 2015-03-27 | 2018-02-27 | Seoul Viosys Co., Ltd. | Light emitting diode |
| TWD177985S (zh) * | 2015-08-12 | 2016-09-01 | 晶元光電股份有限公司 | 發光二極體元件之部分 |
| USD845920S1 (en) * | 2015-08-12 | 2019-04-16 | Epistar Corporation | Portion of light-emitting diode unit |
| TWD180530S (zh) * | 2016-05-09 | 2017-01-01 | 晶元光電股份有限公司 | 發光二極體陣列之部分 |
| US10461219B2 (en) | 2017-09-29 | 2019-10-29 | Nichia Corporation | Light emitting element |
| US20190189850A1 (en) * | 2017-12-19 | 2019-06-20 | Epistar Corporation | Light-emitting device |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1630110A (zh) * | 2003-12-18 | 2005-06-22 | 三星电机株式会社 | 氮化物半导体发光器件 |
| US20050263779A1 (en) * | 2004-02-20 | 2005-12-01 | Schang-Jing Hon | Gallium nitride based light emitting device and the fabricating method for the same |
| WO2007032638A1 (en) * | 2005-09-15 | 2007-03-22 | Epiplus Co., Ltd | Arrangement of electrodes for light emitting device |
| JP2008210900A (ja) * | 2007-02-24 | 2008-09-11 | Nichia Chem Ind Ltd | 半導体発光素子及びこれを備えた発光装置 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6614056B1 (en) * | 1999-12-01 | 2003-09-02 | Cree Lighting Company | Scalable led with improved current spreading structures |
| WO2001073858A1 (en) * | 2000-03-31 | 2001-10-04 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group-iii nitride compound semiconductor device |
| US6650018B1 (en) * | 2002-05-24 | 2003-11-18 | Axt, Inc. | High power, high luminous flux light emitting diode and method of making same |
| US7193245B2 (en) * | 2003-09-04 | 2007-03-20 | Lumei Optoelectronics Corporation | High power, high luminous flux light emitting diode and method of making same |
| US6958498B2 (en) * | 2002-09-27 | 2005-10-25 | Emcore Corporation | Optimized contact design for flip-chip LED |
| TW200414556A (en) * | 2003-01-17 | 2004-08-01 | Epitech Corp Ltd | Light emitting diode having distributed electrodes |
| KR100833309B1 (ko) * | 2006-04-04 | 2008-05-28 | 삼성전기주식회사 | 질화물계 반도체 발광소자 |
-
2009
- 2009-12-18 US US12/654,391 patent/US20110147784A1/en not_active Abandoned
-
2010
- 2010-11-08 JP JP2010250355A patent/JP5547039B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2010-12-16 CN CN201010610770XA patent/CN102142498A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1630110A (zh) * | 2003-12-18 | 2005-06-22 | 三星电机株式会社 | 氮化物半导体发光器件 |
| US20050263779A1 (en) * | 2004-02-20 | 2005-12-01 | Schang-Jing Hon | Gallium nitride based light emitting device and the fabricating method for the same |
| WO2007032638A1 (en) * | 2005-09-15 | 2007-03-22 | Epiplus Co., Ltd | Arrangement of electrodes for light emitting device |
| JP2008210900A (ja) * | 2007-02-24 | 2008-09-11 | Nichia Chem Ind Ltd | 半導体発光素子及びこれを備えた発光装置 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102194953A (zh) * | 2010-03-08 | 2011-09-21 | 株式会社东芝 | 半导体发光器件 |
| US9159878B2 (en) | 2010-03-08 | 2015-10-13 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light emitting device |
| CN102931312A (zh) * | 2011-08-11 | 2013-02-13 | 隆达电子股份有限公司 | 半导体发光装置 |
| CN102709431A (zh) * | 2012-05-04 | 2012-10-03 | 施科特光电材料(昆山)有限公司 | 适用于大功率GaN基LED芯片的复合电极 |
| CN110085718A (zh) * | 2014-07-01 | 2019-08-02 | 首尔伟傲世有限公司 | 发光装置 |
| CN106972089A (zh) * | 2017-04-14 | 2017-07-21 | 华南理工大学 | 一种稻草人形n电极及垂直结构led芯片 |
| CN106972089B (zh) * | 2017-04-14 | 2023-09-22 | 华南理工大学 | 一种稻草人形n电极及垂直结构led芯片 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP5547039B2 (ja) | 2014-07-09 |
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| US20110147784A1 (en) | 2011-06-23 |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110803 |