CN102709431A - 适用于大功率GaN基LED芯片的复合电极 - Google Patents

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张国龙
赵明
田光磊
吴东平
李�浩
陈晓鹏
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Abstract

本发明适用于大功率GaN基LED芯片的复合电极，含有P、N电极，所述P电极为含有ITO薄膜、P面金属焊盘和P面ITO条形电极的复合电极：ITO薄膜覆盖在P型氮化镓表面，P面金属焊盘设置在P型GaN表面的一端，P面ITO条形电极与P面金属焊盘连接并向另一端延伸；所述N面电极为含有N面金属焊盘与N面ITO条形电极的N面复合电极：N面金属焊盘设置在N面一端的中间，N面ITO条形电极与N面金属焊盘连接并由金属焊盘两端沿N面边缘向另一端延伸。本发明的ITO条形电极具有较好的透光性能，能提高LED芯片的出光效率及电流扩展的均匀性，改善散热的均匀性，为发展LED芯片作了技术上的准备。

Description

适用于大功率GaN基LED芯片的复合电极
技术领域
本发明涉及LED芯片技术领域，具体的是一种适用于大功率GaN基LED芯片的新的复合电极。
背景技术
发光二极管（LED）是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，能直接将电转化为光，是新一代固态光源。LED具有体积小、耗电量低、使用寿命长、发光效率高、热量低、环保节能、坚固耐用等诸多优点，因而具有广阔的应用市场。目前，LED已在背光源、交通灯、大屏幕显示、汽车、装饰照明等领域得到了广泛应用，并随着技术的不断发展与成熟，LED将有望成为第四代照明光源。而氮化镓（GaN）及其化合物是继锗（Ge）、硅（Si）和砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）之后重要的第三代半导体材料，基于GaN基的LED的发展目前被公认为是光电子科学与技术的重大成就，是发展固态照明、实现人类照明革命的关键性光源，具有广泛的应用前景。
商品化的LED生产主要是采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）的方法在蓝宝石衬底上外延得到的。由于蓝宝石为绝缘体，对其进行剥离较难实现，所以目前商业化的GaN基LED多采用平面结构。相应的做法是：先对蓝宝石衬底外延层表面部分区域进行刻蚀，形成台面结构，然后裸露出N区，将P电极、N电极做在器件的同一侧。由于电流在流动过程中总是趋向于“寻找”最小路径，这样必然存在电流横向扩展不均问题以及金属电极对芯片出光的影响。所以对于平面结构的LED芯片来说，设计合理的电极对提升芯片的质量具有非常关键的作用。
目前，普通LED芯片的电极一般由P、N面金属焊盘与P面透明导电层两部分构成，所述金属焊盘一般采用与GaN粘附性比较好的金属材料，其设计一般不需要考虑透光性能。而所述P面透明导电层的设计则需要同时考虑对光的透过性及导电性。普通LED芯片的P面透明导电层采用蒸镀镍（Ni）、金（Au）薄膜并对其进行合金的方式实现。但是，此方式做成的导电薄膜对光的透过性较差。透明导电金属氧化物氧化铟锡（ITO）的出现，在很大程度上克服了原有技术的不足，提高了导电薄膜光的透过率。但是，ITO材料本身的结构特性导致其电性能与光性能不可能同时都达到最佳点。这样，为了获得较好的透光特性必然要降低导电薄膜的导电性能。氧化铟锡(ITO)或掺锡氧化铟是铟（III族）氧化物(In2O3) 与锡（IV族）氧化物(SnO2)的混合物。对大尺寸的LED芯片来说，这种具有高电阻率特性的ITO薄膜对电流横向扩展的影响尤为明显。为解决此问题，目前对应的办法是：将Cr/Au等低阻性不透光材料制成的金属条形电极由P、N金属焊盘延伸出并均匀分布于透明导电薄膜表面。这一方法可解决电流难于在ITO薄膜层内扩展的问题。然而伴随着LED芯片尺寸的增大，这种高透光性的ITO薄膜将会需要更多的金属条形电极来增加电流的扩展度，从而占用较多的透光面积，随之带来的问题是对光的阻挡吸收会逐渐增大，从而降低了LED芯片的出光效率。但如果金属条形电极用的过少，又会降低电流扩展的能力。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种适用于大功率GaN基LED芯片的新的复合电极，它能提高LED芯片的出光效率及电流扩展的均匀性，能在一定程度上改善LED芯片散热的均匀性。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下。
一种适用于大功率GaN基LED芯片的复合电极，含有P面电极和N面电极，其特征是，所述P面电极为含有ITO薄膜、P面金属焊盘和P面ITO条形电极的P面复合电极，所述ITO薄膜覆盖在P型氮化镓（GaN）表面，所述P面金属焊盘设置在P型GaN表面的一端，所述P面ITO条形电极与所述P面金属焊盘连接并由P面金属焊盘向另一端延伸；所述N面电极为含有N面金属焊盘、N面ITO条形电极的N面复合电极，所述N面金属焊盘设置在N面一端（有内凹）的中间，所述N面ITO条形电极与所述N面金属焊盘连接并由N面金属焊盘两端沿N面边缘向N面的另一端延伸至靠近P面金属焊盘的一端。
进一步，所述P面ITO条形电极为条状或者辐射状的结构。
进一步，所述P面ITO条形电极采用与N面ITO条形电极相同或者不同的材料。
进一步，所述P面ITO条形电极和N面ITO条形电极为由导电性能优于ITO薄膜的导电材料制作的条形电极。
进一步，所述导电性能优于ITO薄膜的导电材料为二氧化锡（SnO2）质量百分比大于等于10%的ITO材料。
本发明适用于大功率GaN基LED芯片的复合电极的积极效果是
（1）采用的P面ITO条形电极具有一定的透光性能。
（2）在电极的设计上，可采用一条或者是多条或者是呈辐射状分布的P面ITO条形电极而不影响其出光效率，为生产大尺寸LED芯片作了技术上的准备。
（3）提高LED芯片的出光效率及电流扩展的均匀性，在一定程度上改善了LED芯片散热的均匀性。
附图说明
图1为本发明适用于大功率GaN基LED芯片的复合电极一种实施例的结构示意图。
图2为本发明适用于大功率GaN基LED芯片的复合电极另一种实施例的结构示意图。
图中的标号分别为：
1、ITO薄膜； 2、P面金属焊盘；3、P面ITO条形电极；4、N面金属焊盘；5、N面ITO条形电极。
具体实施方式
以下结合附图继续解释本发明适用于大功率GaN基LED芯片的复合电极的具体实施情况，提供2个实施例。但是，本发明的实施不限于以下的实施方式。
实施例1
参见附图1。一种适用于大功率GaN基LED芯片的复合电极，在LED芯片的衬底上设置P面电极和N面电极，所述P面电极包括透光性较好但导电性相对较差的ITO薄膜1、非透明的P面金属焊盘2和P面ITO条形电极3，它们构成P面复合电极。将所述ITO薄膜1覆盖在LED芯片P型氮化镓（GaN）表面，将所述P面金属焊盘2设置在P型GaN表面的一端（没有弧形内凹），所述P面ITO条形电极3为条状结构，其一端与所述的P面金属焊盘2连接，另一端由P面金属焊盘2向P型GaN表面的另一端（有弧形内凹）延伸，其长度接近P型GaN表面的长度。
所述N面电极为含有N面金属焊盘4和N面ITO条形电极5的N面复合电极。将所述N面金属焊盘4设置在N面一端的中间（即，LED芯片上有弧形内凹的结构里），将所述N面ITO条形电极5与所述N面金属焊盘4连接并由N面金属焊盘4两端沿N面边缘（即LED芯片衬底的边缘）向N面的另一端延伸，直至靠近P面金属焊盘2的一端。
实施中，所述P面ITO条形电极3采用与N面ITO条形电极5不同的材料制作，具体的说，所述P面ITO条形电极3可采用二氧化锡（SnO2）质量百分比等于10%的ITO材料制作，其透过率适中，电阻率较低（具体的可以通过对ITO组分的设计来进行性能上倾向性的取舍）。
所述N面ITO条形电极5可采用与P面ITO条形电极3相同的材料制作。
采用上述ITO材料的直接作用是增加了LED芯片电流的扩散能力，能解决高透光性ITO存在的横向电扩展能力较差的问题，使电流均匀扩散到整个LED芯片表面。另一方面，相对于不透光的金属条形电极增加了透光能力。
实施例2
参见附图2。一种适用于大功率GaN基LED芯片的复合电极，其与实施例1不同之处为：
（1）所述的P面ITO条形电极3为辐射状的结构，其有一端与所述的P面金属焊盘2连接，另外成羽状向P型GaN表面散开并延伸，覆盖P型GaN表面。呈辐射状分布的P面ITO条形电极3不影响LED芯片的出光效率，为生产大尺寸LED芯片作了技术上的准备。
（2）所述P面ITO条形电极3采用与N面ITO条形电极5不同的材料制作：P面ITO条形电极3采用二氧化锡（SnO2）质量百分比为25%的ITO材料制作；N面ITO条形电极5采用二氧化锡（SnO2）质量百分比为15%的ITO材料制作。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明结构的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本发明的保护范围内。

Claims (5)

1. 一种适用于大功率GaN基LED芯片的复合电极，含有P面电极和N面电极，其特征在于，所述P面电极为含有ITO薄膜（1）、P面金属焊盘（2）和P面ITO条形电极（3）的P面复合电极，所述ITO薄膜（1）覆盖在P型氮化镓表面，所述P面金属焊盘（2）设置在P型GaN表面的一端，所述P面ITO条形电极（3）与所述P面金属焊盘（2）连接并由P面金属焊盘（2）向另一端延伸；所述N面电极为含有N面金属焊盘（4）、N面ITO条形电极（5）的N面复合电极，所述N面金属焊盘（4）设置在N面一端的中间，所述N面ITO条形电极（5）与所述N面金属焊盘（4）连接并由N面金属焊盘（4）两端沿N面边缘向N面的另一端延伸至靠近P面金属焊盘（2）的一端。
2. 根据权利要求1所述的适用于大功率GaN基LED芯片的复合电极，其特征在于，所述的P面ITO条形电极（3）为条状或者辐射状的结构。
3. 根据权利要求1或2所述的适用于大功率GaN基LED芯片的复合电极，其特征在于，所述的P面ITO条形电极（3）采用与N面ITO条形电极（5）相同或者不同的材料。
4. 根据权利要求1所述的适用于大功率GaN基LED芯片的复合电极，其特征在于，所述的P面ITO条形电极（3）和N面ITO条形电极（5）为由导电性能优于ITO薄膜的导电材料制作的条形电极。
5. 根据权利要求4所述的适用于大功率GaN基LED芯片的复合电极，其特征在于，所述导电性能优于ITO薄膜的导电材料为二氧化锡质量百分比大于等于10%的ITO材料。
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