CN105489728B - 具有电极焊盘的发光二极管 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例涉及具有电极焊盘的发光二极管。该发光二极管包括：第一导电类型半导体层；第二导电类型半导体层，布置在第一导电类型半导体层上；有源层，设置在第一导电类型半导体层与第二导电类型半导体层之间；电极层，覆盖第二导电类型半导体层；第二电极焊盘，包括布置在第一导电类型半导体层上的第一区域和布置在电极层上的第二区域；以及绝缘层，设置在第一导电类型半导体层和第二电极焊盘之间，所述绝缘层使第二电极焊盘与第一导电类型半导体层绝缘。

Description

具有电极焊盘的发光二极管
本申请是申请日为2010年11月16日、申请号为201010551678.0的发明专利申请“具有电极焊盘的发光二极管”的分案申请。
技术领域
本发明的示例性实施例涉及一种发光二极管，更具体地讲，涉及一种具有电极焊盘的发光二极管。
背景技术
氮化镓(GaN)基发光二极管(LED)已广泛地用于包括全色LED显示器、LED交通信号、白色LED等的应用中。
GaN类发光二极管通常通过在例如蓝宝石基底的基底上生长外延层而形成，并包括N型半导体层、P型半导体层以及设置在N型半导体层和P型半导体层之间的有源层。另外，N电极焊盘形成在N型半导体层上，P电极焊盘形成在P型半导体层上。发光二极管通过这些电极焊盘电连接到外部电源，并通过外部电源进行操作。这里，电流经过半导体层从P电极焊盘流向N电极焊盘。
通常，由于P型半导体层的电阻系数高，所以电流不是均匀地分布在P型半导体层中，而是集中在P型半导体层的形成有P电极焊盘的部分上，电流集中在半导体层的边缘上并流过半导体层的边缘。电流拥挤导致发光面积减小，从而使源的发光效率劣化。为了解决这样的问题，在P型半导体层上形成电阻系数低的透明电极层以提高电流扩散。在该结构中，当从P电极焊盘提供电流时，电流在进入P型半导体层之前通过透明电极层而分散，从而增加了LED的发光面积。
然而，由于透明电极层趋向于吸收光，所以透明电极层的厚度受到限制，从而提供受限制的电流扩散。具体地讲，对于用于高输出的具有大约1mm2或更大的面积的大型LED，限制了通过透明电极层的电流扩散。
为了便于发光二极管内的电流扩散，使用了从电极焊盘延伸的延伸体。例如，第6,650,018号美国专利公开的LED包括多个从电极接触部分117、127(即，电极焊盘)沿相反方向延伸的延伸体以提高电流扩散。
虽然使用这样的延伸体可以在发光二极管的宽的区域上提高电流扩散，但在发光二极管的形成有电极焊盘的部分处仍然发生电流拥挤。
此外，随着发光二极管尺寸的增加，发光二极管中存在缺陷的可能性增加。诸如穿透位错(threading dislocation)、针孔(pin-hole)等的缺陷提供了电流快速流过的通道，从而扰乱了发光二极管中的电流扩散。
发明内容
本发明的示例性实施例提供了一种防止电流在电极焊盘附近拥挤的发光二极管。
本发明的另一个示例性实施例提供了一种允许在宽的区域上的电流均匀扩散的发光二极管。
本发明的附加特征将在下面的描述中阐述，部分通过描述将是明显的或通过本发明的实践可以获得。
本发明的示例性实施例公开了一种发光二极管。该发光二极管包括：基底；第一导电类型半导体层，在基底上；第二导电类型半导体层，在第一导电类型半导体层上；有源层，设置在第一导电类型半导体层和第二导电类型半导体层之间；第一电极焊盘，电连接到第一导电类型半导体层；第二电极焊盘，在第一导电类型半导体层上；绝缘层，设置在第一导电类型半导体层和第二电极焊盘之间，并使第二电极焊盘与第一导电类型半导体层电绝缘。至少一个上延伸体可以在电连接到第二导电类型半导体层的同时电连接到第二电极焊盘。
第一导电类型半导体层可以为n型氮化物半导体层，第二导电类型半导体层可以为p型氮化物半导体层。因此，能够防止电流在p电极焊盘周围拥挤在p型氮化物半导体层上。另外，透明电极层可以位于p型氮化物半导体层上，上延伸体可以位于透明电极层上。
第一导电类型半导体层可以包括至少一个通过台面蚀刻第二导电类型半导体层和有源层而暴露的区域，第二电极焊盘可以位于第一导电类型半导体层的暴露区域上。
连接部分可以将上延伸体连接到第二电极焊盘，第二导电类型半导体层和有源层的经过台面蚀刻的侧表面可以通过绝缘层与连接部分绝缘。
绝缘层可以延伸到第二导电类型半导体层的上表面，使得绝缘层的边缘与第二导电类型半导体层叠置。
在一些示例性实施例中，第二电极焊盘的至少一部分可以位于第二导电类型半导体层上。第二电极焊盘和第二导电类型半导体层可以通过绝缘层彼此分开。
第二导电类型半导体层和有源层可以被分开以限定至少两个发光区域。连接到第二电极焊盘的上延伸体可以位于所述至少两个发光区域的每个上。
所述至少两个发光区域可以以相对于与第一电极焊盘和第二电极焊盘交叉的线的对称结构设置。因此，所述两个发光区域可以表现相同的发光特性。
一个或多个下延伸体可以连接到第一电极焊盘，至少一个下延伸体可以位于所述至少两个发光区域之间。
典型地，在传统的发光二极管中，第二电极焊盘位于第二导电类型半导体层上并电连接到第二导电类型半导体层。结果，电流集中在第二电极焊盘周围，从而抑制了电流扩散。相反，根据本发明的示例性实施例，由于第二电极焊盘位于第一导电类型半导体层上，所以能够防止电流拥挤在第二电极焊盘周围。另外，第二导电类型半导体层分为多个发光区域，从而能够实现在发光区域上的均匀的电流扩散。
应该理解，上述的概要描述与下面的详细描述为示例性的和说明性的，并意图进一步提供本发明的如权利要求的解释。
附图说明
所包括的并且包含在本说明书中的附图提供了对本发明的进一步的理解并构成了说明书的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
图1为根据本发明示例性实施例的发光二极管的平面图。
图2为沿图1中的线A-A截取的剖视图。
图3为沿图1中的线B-B截取的剖视图。
图4为根据本发明另一示例性实施例的发光二极管的剖视图。
图5为根据本发明又一示例性实施例的发光二极管的平面图。
图6为根据本发明再一示例性实施例的发光二极管的平面图。
具体实施方式
在下文中参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以多种不同的形式实施且不应解释为局限于这里提出的示例性实施例。另外，提供这些示例性实施例使得本公开是彻底的并将把本发明的范围充分地传达给本领域的技术人员。在附图中，为了清晰起见会放大层和区域的尺寸和相对尺寸。在附图中，相同的标号代表相同的元件。
应该理解，当诸如层、膜、区域或基底的元件被称作“在”另一个元件“上”时，它可以直接在另一个元件上或也可以存在中间元件。相反，当元件被称作“直接在”另一个元件“上”时，不存在中间元件。
图1为根据本发明示例性实施例的发光二极管的平面图，图2为沿图1中的线A-A截取的剖视图，图3为沿图1中的线B-B截取的剖视图。
参照图1至图3，发光二极管包括基底21、第一导电类型半导体层23、有源层25、第二导电类型半导体层27、绝缘层31、第一电极焊盘35、第二电极焊盘33和上延伸体33a。发光二极管还可以包括连接部分33b、透明电极层29和下延伸体35a。基底21可以为蓝宝石基底，但不限于此。
第一导电类型半导体层23位于基底21上，第二导电类型半导体层27位于第一导电类型半导体层23上，有源层25设置在第一导电类型半导体层和第二导电类型半导体层之间。第一导电类型半导体层23、有源层25和第二导电类型半导体层27可以由诸如AlxInyGa1-x-yN(其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的GaN基化合物半导体材料形成，但不限于此。确定有源层25的组成元件和组分以发射具有需要波长的光，例如，发射紫外线或蓝光。第一导电类型半导体层23可以为n型氮化物半导体层，第二导电类型半导体层27可以为p型氮化物半导体层，反之亦然。
如图中所示，第一导电类型半导体层23和/或第二导电类型半导体层27可以具有单层结构或多层结构。另外，有源层25可以具有单量子阱结构或多量子阱结构。发光二极管还可以包括在基底21和第一导电类型半导体层23之间的缓冲层(未示出)。这些半导体层23、25和27可以通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术或分子束外延(MBE)技术而形成。
透明电极层29可以形成在第二导电类型半导体层27上。透明电极层29可以由氧化铟锡(ITO)或Ni/Au形成，并与第二导电类型半导体层形成欧姆接触。
第二导电类型半导体层27和有源层25可以经受通过光刻和蚀刻暴露第一导电类型半导体层23的区域的工艺。这样的工艺通常被认为是台面蚀刻(mesa-etching)。台面蚀刻可以提供如图1和图2中所示的分开的发光区域。虽然在本实施例中发光二极管具有两个彼此分开的发光区域，但发光二极管可以具有多于两个的分开的发光区域。另外，台面蚀刻可以执行为形成具有30～70度范围内的倾斜角度的倾斜的侧表面。
第一电极焊盘35和第二电极焊盘33位于通过台面蚀刻暴露的第一导电类型半导体层上。第一电极焊盘35电连接到第一导电类型半导体层23。相反，第二电极焊盘33通过绝缘层31与第一导电类型半导体层23绝缘。第一电极焊盘35和第二电极焊盘33为用于键合引线的键合焊盘，并具有相对宽的用于引线键合的区域。第一电极焊盘35和第二电极焊盘33可以形成在第一导电类型半导体层23的暴露区域上，但不限于此。
绝缘层31设置在第二电极焊盘33和第一导电类型半导体层23之间，以使第二电极焊盘33与第一导电类型半导体层23绝缘。另外，绝缘层31可以覆盖第二导电类型半导体层27和有源层25的通过台面蚀刻而暴露的侧表面。绝缘层31可以延伸到第二导电类型半导体层27的上表面，使得绝缘层31的边缘与第二导电类型半导体层27叠置。
上延伸体33a位于第二导电类型半导体层27(或透明电极层29)上。上延伸体33a可以分别通过连接部分33b连接到第二电极焊盘33，并可以电连接到第二导电类型半导体层27。上延伸体33a设置为允许电流在第二导电类型半导体层27上均匀扩散。连接部分33b通过绝缘层31与第二导电类型半导体层27和有源层25的侧表面分开。
至少一个下延伸体35a可以从第一电极焊盘35延伸。下延伸体35a位于第一导电类型半导体层23上并电连接到第一导电类型半导体层23。如附图中所示，下延伸体35a可以位于分开的发光区域之间，但不限于此。可选择地，下延伸体35a可以位于发光区域的外侧。
电极焊盘33和35、上延伸体33a、连接部分33b和下延伸体35a可以通过同一工艺由相同的材料(例如Cr/Au)形成，但不限于此。可选择地，上延伸体33a和第二电极焊盘33可以通过不同的工艺由不同的材料形成。
在本实施例中，分开的发光区域具有相对于位于第一电极焊盘35和第二电极焊盘33之间的线(例如，切割线B-B)的对称结构。上延伸体33a也以对称性结构设置，从而发光区域可以表现相同的发光特性。因此，当发光区域在单个发光二极管中分成两个发光区域时，封装发光二极管的工艺还可以比在使用彼此平行地连接的两个发光二极管的情况简单。另外，提供分开的发光区域可以缓解由缺陷导致的电流拥挤并可以通过由台面蚀刻形成的倾斜的侧表面提高光提取效率。
图4为根据本发明另一示例性实施例的发光二极管的剖视图。
参照图4，本实施例的发光二极管总体上与参照图1至图3描述的发光二极管相似。然而，在本实施例的发光二极管中，第二电极焊盘43的一部分位于第二导电类型半导体层27上。
具体地讲，第二电极焊盘43位于通过台面蚀刻暴露的第一导电类型半导体层23上，第二电极焊盘43的一部分位于第二导电类型半导体层27上。第二电极焊盘43通过绝缘层31不仅与第一导电类型半导体层23绝缘还与第二导电类型半导体层27和有源层25绝缘。延伸体33a从第二电极焊盘43延伸。
在本实施例中，第二电极焊盘43通过绝缘层31与半导体层分开，从而防止电流拥挤在第二电极焊盘43的周围。另外，在本实施例中，可以相对减小进行台面蚀刻的区域，从而增大发光区域。
图5为根据本发明又一示例性实施例的发光二极管的平面图。
在图1中示出的实施例中，第一电极焊盘35和第二电极焊盘33沿发光二极管的主轴设置，发光区域沿发光二极管的主轴彼此分开。相反，根据本实施例的发光二极管包括沿发光二极管的短轴设置的第一电极焊盘53和第二电极焊盘55以及沿发光二极管的短轴彼此分开的发光区域。另外，分开的发光区域以对称结构设置，上延伸体53a和下延伸体55a也以对称结构设置。
在本实施例中，上延伸体53a沿发光二极管的外围延伸以围绕发光二极管，每个上延伸体53a具有从发光二极管的外围向内延伸的延伸体53b。下延伸体55a从发光二极管的内侧向发光二极管的外侧延伸。每个下延伸体55a可以分叉以围绕每个发光区域内的延伸体53b。
图6为根据本发明再一示例性实施例的发光二极管的平面图。
参照图6，本实施例的发光二极管总体上与参照图5描述的发光二极管相似。然而，在本实施例的发光二极管中，下延伸体65a和上延伸体63a具有不同的布置。
具体地讲，下延伸体65a首先沿发光二极管的外围延伸，然后延伸到发光区域中，每个上延伸体63a包括两个设置在每个发光区域上的延伸体，这两个延伸体围绕延伸到发光区域中的下延伸体65a。
虽然描述了一些示例性实施例来示出本发明，但应该理解，可以进行各种对与电极焊盘和延伸体的布置相关的修改和改变。另外，在上面的实施例中，发光二极管分为两个发光区域。但可以分为多于两个的发光区域。在一些实施例中，发光区域可以彼此彻底地分开。换句话说，一部分发光区域可以彼此连接。
虽然已结合附图参照一些示例性实施例示出了本发明，对本领域的技术人员明显的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做各种修改和改变。因此，应该理解，实施例仅以示出方式提供，用于向本领域的技术人员提供本发明的彻底公开和完全理解。因此，本发明意图覆盖在权利要求及其等同物的范围内的本发明的修改和改变。

Claims (7)

1.一种发光二极管，包括：
第一导电类型半导体层；
第二导电类型半导体层，布置在第一导电类型半导体层上；
有源层，设置在第一导电类型半导体层与第二导电类型半导体层之间；
透明电极层，覆盖第二导电类型半导体层；
第二电极焊盘，包括布置在第一导电类型半导体层上的第一区域和布置在透明电极层上的第二区域；以及
绝缘层，设置在第一导电类型半导体层和第二电极焊盘之间，所述绝缘层使第二电极焊盘与第一导电类型半导体层绝缘，
其中，第二导电类型半导体层和有源层被划分成限定至少两个发光区域，
所述发光二极管还包括连接到第一导电类型半导体层的第一电极焊盘，
其中，所述至少两个发光区域被布置为关于经过第一电极焊盘和第二电极焊盘的假想线对称，
所述发光二极管还包括连接到第一电极焊盘的至少一个第一延伸体，
其中，所述至少一个第一延伸体的第一下延伸体布置在所述至少两个发光区域的第一发光区域与第二发光区域之间，
其中，所述至少一个第一延伸体的第二下延伸体和第三下延伸体位于发光区域的外侧，
第一下延伸体、第二下延伸体和第三下延伸体中的每个在不同的方向上延伸，
其中，第一电极焊盘和第二电极焊盘位于所述至少两个发光区域的第一发光区域与第二发光区域之间。
2.如权利要求1所述的发光二极管，所述发光二极管还包括连接到第二电极焊盘并布置在透明电极层上的延伸体。
3.如权利要求1所述的发光二极管，其中，第二导电类型半导体层和有源层的侧表面通过绝缘层与第二电极焊盘绝缘。
4.如权利要求3所述的发光二极管，其中，绝缘层延伸到透明电极层的上表面并设置在透明电极层的上表面上。
5.如权利要求3所述的发光二极管，其中，第二导电类型半导体层和有源层的侧表面具有30～70度范围内的倾斜角度。
6.如权利要求3所述的发光二极管，其中，第二电极焊盘还包括位于第一区域与第二区域之间的第三区域，
其中，第三区域设置在所述侧表面上。
7.如权利要求1所述的发光二极管，其中，第二电极焊盘和第二导电类型半导体层通过至少所述绝缘层彼此分开。
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