CN102637799B - 一种发光二极管芯片结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发光二极管芯片结构，该结构的P型半导体层之上设有P型欧姆接触电极层；在所述P型欧姆接触电极层之上设有绝缘阻隔结构；在所述绝缘阻隔结构上设有P型透明导电层，所述P型透明导电层将所述绝缘阻隔结构包裹；其P电极与所述P型透明导电层接触。其中，所述绝缘阻隔结构包括多个柱状绝缘结构或者为设有多个通孔的绝缘层。本发明的发光二极管芯片结构通过改善电流的扩展，提高电流的注入效率，从而提高了LED的亮度。

Description

一种发光二极管芯片结构

技术领域

本发明涉及发光二极管结构，尤其是指一种具有特殊电极结构的发光二极管芯片结构。

背景技术

发光二极管(LED)具有体积小、效率高和寿命长等优点，在交通指示、户外全色显示等领域有着广泛的应用。尤其是利用大功率发光二极管可能实现半导体固态照明，引起人类照明史的革命，从而逐渐成为目前电子学领域的研究热点。

为了获得高亮度的发光二极管，关键要提高器件的内量子效率和外量子效率。芯片光提取效率是限制器件外量子效率的主要因素，其主要原因是外延材料、衬底材料以及空气之间的折射率差别较大，导致有源区产生的光在不同折射率材料界面发生全反射而不能导出芯片。目前已经提出了几种提高芯片光提取效率的方法，主要包括：改变芯片的几何外形，减少光在芯片内部的传播路程，降低光的吸收损耗，如采用倒金字塔结构；控制和改变自发辐射，通常采用谐振腔或光子晶体等结构；采用表面粗糙方法，使光在粗糙的半导体和空气界面发生漫射，增加其投射的机会等。可见，芯片结构的设计对提高发光二极管的发光效率至关重要。

通常发光二极管的芯片结构为在蓝宝石等衬底上依次外延了N型半导体层、有源层、P型半导体层的构造，并且设有与N型半导体层电连接的N电极以及与P型半导体层电连接的P电极。通过在N电极与P电极上施加电压，根据电致发光原理从而使发光二极管发光。可见，LED结构中电流的扩展情况、电流的注入情况等对LED工作时的光电转换性能有重要的影响。如何降低接触电阻，减小电流拥塞，使电流分布均匀，降低工作电压，是本领域技术人员亟待解决的重要课题。

因此，实有必要对发光二极管芯片的电极构造进行改良，以达到改善电流的注入，降低器件工作电压，提高LED亮度的目的。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种发光二极管芯片结构，通过改良电极结构，从而提高LED亮度。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种发光二极管芯片结构，包括：N型半导体层、位于所述N型半导体层之上的有源层、位于所述有源层之上的P型半导体层、与所述N型半导体层电连接的N电极以及与所述P型半导体层电连接的P电极；

在所述P型半导体层之上设有P型欧姆接触电极层；

在所述P型欧姆接触电极层之上设有绝缘阻隔结构；

在所述绝缘阻隔结构上设有P型透明导电层，所述P型透明导电层将所述绝缘阻隔结构包裹；

所述P电极与所述P型透明导电层接触。

作为本发明的优选方案之一，所述P型欧姆接触电极层厚度为2-200nm。

作为本发明的优选方案之一，所述P型欧姆接触电极层采用ITO(铟锡氧化物)、Ni、Au、NiO、ZnO材料中的一种或多种。

作为本发明的优选方案之一，所述绝缘阻隔结构为设有多个通孔的绝缘层，所述绝缘层厚度为0.01-0.2μm，所述通孔直径为0.01-10μm，多个所述通孔之间的间隔为0.01-10μm。

作为本发明的优选方案之一，所述绝缘阻隔结构包括多个柱状绝缘结构，所述柱状绝缘结构高为0.01-0.2μm，宽为0.01-10μm，多个所述柱状绝缘结构之间的间隔为0.01-10μm。

作为本发明的优选方案之一，所述绝缘阻隔结构采用氧化硅、氮化硅等绝缘材料。

作为本发明的优选方案之一，所述P型透明导电层的厚度为0.2-0.5μm。

作为本发明的优选方案之一，所述P型透明导电层的表面为粗化结构。

作为本发明的优选方案之一，所述P型透明导电层为ITO、Ni、Au、NiO、ZnO材料中的一种或多种。

相较于现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明发光二极管芯片结构，通过改良电极结构，在P电极下方的透明导电层与P型欧姆接触电极层之间增设了绝缘阻隔结构，提高了电流的注入效率，改善了电流扩展，降低了器件工作电压，从而提高了LED的亮度。此外，透明导电层表面的粗化结构可进一步提高LED的出光效率。

附图说明

图1是实施例中发光二极管芯片的结构示意图；

图2是实施例中P型透明导电层表面粗化结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的优选实施例，为了示出的方便附图并未按照比例绘制。

请参看图1，本实施例提供的发光二极管芯片包括：N型半导体层10、位于所述N型半导体层10之上的有源层20、位于所述有源层20之上的P型半导体层30、与所述N型半导体层10电连接的N电极40以及与所述P型半导体层30电连接的P电极50；其中，所述N型半导体层10优选为N型GaN层，P型半导体层30优选为P型GaN层，有源层20优选为GaN基量子阱层。该发光二极管芯片的材料层制备于生长衬底100上，生长衬底100为Si衬底、蓝宝石衬底或图形化衬底等，其中适于制作发光二极管芯片的生长衬底种类比较多，在此不做局限，可以优先使用图形化衬底。

本实施例对发光二极管芯片电极结构的改进之处在于：

在所述P型半导体层30之上设有P型欧姆接触电极层60；在所述P型欧姆接触电极层60之上设有绝缘阻隔结构70；在所述绝缘阻隔结构70上设有P型透明导电层80，所述P型透明导电层80将所述绝缘阻隔结构70包裹；所述P电极50与所述P型透明导电层80接触。

其中，所述P型欧姆接触电极层60的厚度优选为2-200nm，例如2nm、5nm、10nm、50nm、100nm或200nm，本实施例优选5nm。所述P型欧姆接触电极层60可以采用ITO(铟锡氧化物)、Ni、Au、NiO、ZnO材料中的一种或多种，或其他的P型欧姆接触材料，主要起到改善电流扩展的作用。

所述绝缘阻隔结构70可以是设有多个通孔的绝缘层，也可以由多个柱状绝缘结构组成，主要起到改善电流的扩展，提高电流注入效率的作用。所述绝缘阻隔结构70可以采用任一绝缘材料，例如氧化硅、氮化硅等。

所述绝缘阻隔结构70为设有多个通孔的绝缘层时效果最佳，其中所述绝缘层厚度为0.01-0.2μm，例如0.01μm、0.05μm、0.1μm或0.2μm，本实施例优选0.1μm；所述通孔直径为0.01-10μm，例如，可以为纳米量级10nm、20nmm、50nm或100nm等，也可以稍微大一些如0.5μm、1μm、5μm或10μm等，本实施例优选50nm，实际上通孔直径较小时更有利于提高电流的注入。多个所述通孔之间的间隔为0.01-10μm，例如0.01μm、0.05μm、0.1μm、5μm或10μm等，本实施例优选0.1μm。多个所述通孔可以没有规则地随意排列于所述P型半导体层30之上，也可以规则地排列于所述P型半导体层30之上，例如等间距的阵列排布或者是按照其他排列规则的周期性排布等。

所述绝缘阻隔结构70也可以由多个柱状绝缘结构组成，其中所述柱状绝缘结构的高度为0.01-0.2μm，例如0.01μm、0.05μm、0.1μm或0.2μm，本实施例优选0.1μm；宽度为0.01-10μm，例如0.01μm、0.05μm、0.1μm、3μm、5μm或10μm等，本实施例优选3μm。多个所述柱状绝缘结构之间的间隔为0.01-10μm，例如0.01μm、0.05μm、0.1μm、3μm、5μm或10μm等，本实施例优选3μm。实际上可以通过调节所述柱状绝缘结构的尺寸，来提高LED的亮度。多个所述柱状绝缘结构可以没有规则地随意排列于所述P型半导体层30之上，也可以规则地排列于所述P型半导体层30之上，例如等间距的阵列排布或者是按照其他排列规则的周期性排布等。

所述P型透明导电层80的厚度需要大于所述绝缘阻隔结构70中通孔或柱状绝缘结构的高度，从而可将所述绝缘阻隔结构70完全包裹，并且使电流在所述P型透明导电层80中，可以从所述绝缘阻隔结构70上方，经由通孔或者多个柱状绝缘结构的间隙向下注入至芯片，从而达到改善电流注入的目的。其中，所述P型透明导电层80的厚度优选为0.2-0.5μm，例如0.2μm、0.3μm、0.4μm或0.5μm，本实施例优选0.2um。所述P型透明导电层80的材料为ITO、Ni、Au、NiO、ZnO材料中的一种或多种，优选为ITO材料。

如图2所示，所述P型透明导电层80的表面优选为粗化结构，从而可进一步提高出光效率。其中，可以采用腐蚀液腐蚀所述P型透明导电层80的表面制作粗化结构，通过对腐蚀工艺的调控，从而得到理想的粗化表面。

本实施例中发光二极管芯片结构，通过改良电极部分的结构，在P电极50下方的P型透明导电层80与P型欧姆接触电极层60之间增设绝缘阻隔结构70，从而提高了电流的注入效率，改善了电流扩展性能，降低了器件工作电压，提高了LED的亮度。经过实验测试，该结构相较于传统的发光二极管芯片结构工作电压降低了约3％，LED亮度提高了10％以上。

本发明中涉及的其他工艺条件为常规工艺条件，属于本领域技术人员熟悉的范畴，在此不再赘述。上述实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案。任何不脱离本发明精神和范围的技术方案均应涵盖在本发明的专利申请范围当中。

Claims (6)

1.一种发光二极管芯片结构，包括：N型半导体层、位于所述N型半导体层之上的有源层、位于所述有源层之上的P型半导体层、与所述N型半导体层电连接的N电极以及与所述P型半导体层电连接的P电极，其特征在于：

在所述P型半导体层之上设有P型欧姆接触电极层；

在所述P型欧姆接触电极层之上设有绝缘阻隔结构；所述绝缘阻隔结构为设有多个通孔的绝缘层或包含多个柱状绝缘结构；所述绝缘层厚度为0.01-0.2μm，所述通孔直径为0.01-10μm，多个所述通孔之间的间隔为0.01-10μm；所述柱状绝缘结构高为0.01-0.2μm，宽为0.01-10μm，多个所述柱状绝缘结构之间的间隔为0.01-10μm；

在所述绝缘阻隔结构上设有P型透明导电层，所述P型透明导电层的厚度为0.2-0.5μm，所述P型透明导电层将所述绝缘阻隔结构包裹；

所述P电极与所述P型透明导电层接触。

2.根据权利要求1所述的发光二极管芯片结构，其特征在于：所述P型欧姆接触电极层厚度为2-200nm。

3.根据权利要求1所述的发光二极管芯片结构，其特征在于：所述P型欧姆接触电极层采用ITO、Ni、Au、NiO、ZnO材料中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的发光二极管芯片结构，其特征在于：所述绝缘阻隔结构采用氧化硅或氮化硅材料。

5.根据权利要求1所述的发光二极管芯片结构，其特征在于：所述P型透明导电层的表面为粗化结构。

6.根据权利要求1所述的发光二极管芯片结构，其特征在于：所述P型透明导电层为ITO、Ni、Au、NiO、ZnO材料中的一种或多种。