CN106972090A - 一种弧线形n电极及垂直结构led芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种弧线形N电极,包括插指和焊盘;所述焊盘为长方形;所述插指由中心区域插指及边缘多边形插指组成;所述边缘多边形插指同时为左右对称、上下对称结构;所述中心区域插指由垂直插指和一根弧线形插指组成;所述中心区域插指和焊盘相连组成弧线形插指,所述弧线形插指位于边缘多边形插指内部,所述边缘多边形插指与焊盘顶部长边相连,与垂直插指或弧线形插指底部相连。本发明的弧线形N电极,很大程度上改善了传统米字型、十字型N电极电流分布不均,吸光严重的问题。本发明还公开了一种垂直结构LED芯片,包括所述的弧线形N电极,克服了横向结构LED芯片的电流拥挤的缺点,极大的改善了电流在芯片内传输的均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及LED制造领域,特别涉及一种弧线形N电极及垂直结构LED芯片。
背景技术
随着LED在照明领域的逐步应用,市场对白光LED光效的要求越来越高,GaN基垂直结构LED具有良好的散热能力,能够承受大电流注入,这样一个垂直结构LED芯片可以相当于几个正装结构芯片,折合成本只有正装结构的几分之一。因此,GaN基垂直结构LED是市场所向,是半导体照明发展的必然趋势。与传统的平面结构LED相比,垂直结构LED具有许多优点:垂直结构LED两个电极分别在LED的两侧,电流几乎全部垂直流过外延层,没有横向流动的电流,电流分布均匀,产生的热量减少;采用键合与剥离的方法将导热不好的蓝宝石衬底去除,换成导电性好并且具有高热导率的衬底,可有效地散热;n-GaN层为出光面,该层具有一定的厚度,便于制作表面微结构,以提高光提取效率。总之,与传统平面结构相比,垂直结构在出光、散热等方面具有明显的优势。
随着半导体技术的高速发展,LED的内部量子效率能达到90%以上,而外部量子效率的提高并不显著,受到诸多因素的影响,如LED结构,电极形状,电极材料,电流扩展层厚度等,成为制约LED发光效率提高的主导因素。相对于其他提高LED亮度的方法(如高反射膜,衬底剥离,表面粗化等)而言,最易操作的是对芯片的电极形状进行优化,电极形状对光输出影响很大,如果电流扩散不充分、不均匀,会导致出光减少,通过合理设计电极的形状可以提高LED的发光效率。
理论上,在离电极越远的地方,电流越小,亮度越低。对于现有垂直电极结构技术,传统认为电极形状为“十”字形或“米”字形状的LED芯片的I-V性能最好。但“十”字形或“米”字形电极在芯片中心部分,由于电极比较集中,电流也相对比较集中,这样导致LED电流分布不够均匀,尤其是到台面的边缘部分,电流分布极不均匀,使得边缘部分的亮度很小。在中心圆形电极周围及插指附近,电流拥挤,在芯片边缘部分,电流小。电流趋势从中间到边缘越来越小,亮度也是越来越弱。
一般在制作垂直结构LED时,通常使用金属银作为反射层,但是由于Ag的易扩散,会制作一层电流阻挡层(barrier)包裹住反射层,每一个芯片周围会有大概5μm~10μm区域没有反射层(如图1),在图1中,反射层20被电流阻挡层10包围,由于反射层20用于反射光线,而阻挡层10由于材料限制,反射光线极弱,导致该区域反射光线会有很大部分损失,而在蒸镀上一般的“十”字形或“米”字形N电极后,此区域电流分布也不均匀,对出光贡献也大大减小。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足,本发明的目的在于提供一种弧线形N电极,很大程度上改善了传统米字型、十字型N电极电流分布不均,吸光严重的问题。
本发明的另一目的在于提供一种垂直结构LED芯片,克服了横向结构LED芯片的电流拥挤的缺点,极大的改善了电流在芯片内传输的均匀性。
本发明的目的通过以下技术方案实现:
一种弧线形N电极,包括插指和焊盘;所述焊盘为长方形;所述插指由中心区域插指及边缘多边形插指组成;
所述边缘多边形插指同时为左右对称结构、上下对称结构;
所述焊盘和中心区域插指位于边缘多边形插指内部,均为左右对称结构,对称轴为边缘多边形插指的左右对称轴;所述中心区域插指的顶端与焊盘相接,并与焊盘长边垂直,底端与边缘多边形插指相接;
所述中心区域插指包括弧线形插指和垂直插指;所述垂直插指位于边缘多边形插指的左右对称轴上。
所述中心区域插指由两根垂直插指及一个圆环插指组成,所述圆环插指关于边缘多边形插指的左右对称轴对称;第一垂直插指连接圆环插指和焊盘;第二垂直插指连接圆环插指和边缘多边形插指。
所述圆环插指的半径范围是150um-250um。
所述中心区域插指由一根垂直插指及一条曲线插指组成;所述垂直插指连接曲线插指和焊盘;所述曲线插指与边缘多边形插指相接;所述曲线插指为一条开口向下的抛物线。
所述抛物线的方程是为y2=kx,其中,0.5<k<2。
所述插指的宽度范围为4μm~11μm;所述焊盘的长边边长范围是50μm-100μm,短边边长范围是30um-80um。
一种垂直结构LED芯片,包括所述的弧线形N电极。
所述的垂直结构LED芯片,由下至上依次包括p电极层、反射层、电流阻挡层、外延层及弧线形N电极,所述电流阻挡层的形状与弧线形N电极的形状构成相似图形,所述流阻挡层的尺寸比弧线形N电极的尺寸大18%~25%;所述外延层由下至上依次包括P-GaN、量子阱和N-GaN。
所述p电极层由下至上依次包括种子层、键合层、掺杂硅衬底层、防氧化层。
所述电流阻挡层的制备方法如下:
利用PECVD在P-GaN表面先生长一层SiO2,再匀一层正性光刻胶,用正胶光刻板曝光与弧线形N电极图案垂直投影区域相对应部分的光刻胶,用BOE溶液洗掉曝光区的SiO2,以光刻胶为掩膜,使用ICP对曝光区域的GaN进行O2plasma表面轰击微处理,再使用全自动去胶机去除剩余光刻胶,再在处理过的表面进行反射镜,保护层等一系列金属层的生长,反射镜与P-GaN形成微处理过的区域形成肖特基接触,形成高势垒区,形成电流阻挡层。
与现有技术相比,本发明具有以下优点和有益效果:
(1)本发明的弧线形N电极,很大程度上改善了传统米字型、十字型N电极电流分布不均,吸光严重的问题。弧线形中心区域简化了米字型和十字型图案的复杂性,电极中心区域的主要部分置于边缘,改善了电极的吸光问题;同时边缘多边形插指解决了十字型或米字型电极边缘部分电流较弱,分布较少的问题。
(2)本发明的垂直结构LED芯片克服了横向结构LED芯片的电流拥挤的缺点,极大的改善了电流在芯片内传输的均匀性。
(3)本发明利用ICP刻蚀p型GaN部分区域接触形成肖特势垒高阻区,进而形成电流阻挡层的方法。在与N电极对应的垂直投影区域形成电流阻挡层的方法,代替了直接在N电极下方沉积SiO2作为电流阻挡层的方法,使电流更加充分的利用,更加充分的扩散到整个芯片。
(4)本发明采用金属电极保护层替代SiO2防止Ag反射镜的扩散和氧化,并且反射光的能力大为增强,减小保护层对Ag反射镜反射效率的影响。
附图说明
图1为现有技术中P电极层包围反射层的结构示意图。
图2为本发明的实施例1的弧线形N电极的示意图。
图3为本发明的实施例1垂直结构LED芯片的截面示意图。
图4为本发明的实施例2的弧线形N电极的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例,对本发明作进一步地详细说明,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图2所示,本实施例的弧线形N电极,包括插指和焊盘11;所述焊盘为长方形;所述插指由中心区域插指及边缘多边形插指12组成;所述边缘多边形插指12为正方形;所述焊盘和中心区域插指位于边缘多边形插指内部,均为左右对称结构,对称轴为边缘多边形插指的左右对称轴;所述中心区域插指的顶端与焊盘相接,并与焊盘长边垂直,底端与边缘多边形插指相接。
所述中心区域插指由第一垂直插指13、第二垂直插指15和一根圆环形插指14组成。所述圆环插指关于边缘多边形插指的左右对称轴对称;第一垂直插、第二垂直插位于边缘多边形插指的左右对称轴上;第一垂直插指连接圆环插指和焊盘;第二垂直插指连接圆环插指和边缘多边形插指。
本实施例的插指的宽度范围可为4μm~11μm;所述焊盘的长边边长范围是50μm-100μm,短边边长范围是30um-80um;所述圆环形插指的半径范围是150um-250um;所述N电极的材质为Al、Ti、Au、Ni或类似金属的一种或多种。
如图3所示,本实施例的垂直结构LED芯片,由下至上依次包括p电极保护层100、反射层110、电流阻挡层120、外延层130及弧线形N电极140,所述电流阻挡层120的形状与弧线形N电极140的形状构成相似图形,所述流阻挡层120的尺寸比弧线形N电极140的尺寸大18%~25%。其中,所述外延层由下至上依次包括P-GaN131、量子阱132和N-GaN133。所述p电极保护层由下至上依次包括种子层、键合层、掺杂硅衬底层、防氧化层。
本实施例的电流阻挡层的制备方法如下:
利用PECVD在P-GaN表面先生长一层SiO2,再匀一层正性光刻胶,用正胶光刻板曝光与弧线形N电极图案垂直投影区域相对应部分的光刻胶,用BOE溶液洗掉曝光区的SiO2,以光刻胶为掩膜,使用ICP对曝光区域的GaN进行O2plasma表面轰击微处理,再使用全自动去胶机去除剩余光刻胶,再在处理过的表面进行反射镜,保护层等一系列金属层的生长,反射镜与P-GaN形成微处理过的区域形成肖特基接触,形成高势垒区,形成电流阻挡层。
在本实施例中,边缘多边形插指能够使电流在N-GaN面分布的更加均匀,提高发光和发热,增加LED芯片的发光效率,此外,由于圆环形插指形成在反光较强的电极保护层的正上方,不会降低较多的反射镜的反射效率。
实施例2
如图4所示,本实施例的弧线形N电极,包括插指和焊盘11;所述焊盘为长方形;所述插指由中心区域插指及边缘多边形插指12组成;所述边缘多边形插指12为正方形;所述焊盘和中心区域插指位于边缘多边形插指内部,均为左右对称结构,对称轴为边缘多边形插指的左右对称轴;所述中心区域插指的顶端与焊盘相接,并与焊盘长边垂直,底端与边缘多边形插指相接。
所述中心区域插指由一根垂直插指23和一根抛物线插指24组成。所述垂直插指位于边缘多边形插指的左右对称轴上,所述垂直插指连接抛物线插指插指和焊盘;所述抛物线插指与边缘多边形插指相接。
本实施例的插指的宽度范围可为4μm~11μm;所述焊盘的长边边长范围是50μm-100μm,短边边长范围是30um-80um;所述酒杯形插指的图形是曲线是抛物线y2=kx(0.5<k<2);所述N电极的材质为Al、Ti、Au、Ni或类似金属的一种或多种。
本实施例的垂直结构LED芯片,由下至上依次包括p电极保护层、反射层、电流阻挡层、外延层及弧线形N电极,所述电流阻挡层的形状与酒杯形N电极的形状构成相似图形,所述流阻挡层的尺寸比酒杯形N电极的尺寸大18%~25%。其中,所述外延层由下至上依次包括P-GaN、量子阱和N-GaN。所述p电极保护层由下至上依次包括种子层、键合层、掺杂硅衬底层、防氧化层。
本实施例的电流阻挡层的制备方法如下:
利用PECVD在P-GaN表面先生长一层SiO2,再匀一层正性光刻胶,用正胶光刻板曝光与弧线形N电极图案垂直投影区域相对应部分的光刻胶,用BOE溶液洗掉曝光区的SiO2,以光刻胶为掩膜,使用ICP对曝光区域的GaN进行O2plasma表面轰击微处理,再使用全自动去胶机去除剩余光刻胶,再在处理过的表面进行反射镜,保护层等一系列金属层的生长,反射镜与P-GaN形成微处理过的区域形成肖特基接触,形成高势垒区,形成电流阻挡层。
在本实施例中,边缘多边形插指能够使电流在N-GaN面分布的更加均匀,提高发光和发热,增加LED芯片的发光效率,此外,由于抛物线插指形成在反光较强的电极保护层的正上方,不会降低较多的反射镜的反射效率。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种弧线形N电极,其特征在于,包括插指和焊盘;所述焊盘为长方形;所述插指由中心区域插指及边缘多边形插指组成;
所述边缘多边形插指同时为左右对称结构、上下对称结构;
所述焊盘和中心区域插指位于边缘多边形插指内部,均为左右对称结构,对称轴为边缘多边形插指的左右对称轴;所述中心区域插指的顶端与焊盘相接,并与焊盘长边垂直,底端与边缘多边形插指相接;
所述中心区域插指包括弧线形插指和垂直插指;所述垂直插指位于边缘多边形插指的左右对称轴上。
2.根据权利要求1所述的弧线形N电极,其特征在于,所述中心区域插指由两根垂直插指及一个圆环插指组成,所述圆环插指关于边缘多边形插指的左右对称轴对称;第一垂直插指连接圆环插指和焊盘;第二垂直插指连接圆环插指和边缘多边形插指。
3.根据权利要求2所述的弧线形N电极,其特征在于,所述圆环插指的半径范围是150um-250um。
4.根据权利要求1所述的弧线形N电极,其特征在于,所述中心区域插指由一根垂直插指及一条曲线插指组成;所述垂直插指连接曲线插指和焊盘;所述曲线插指与边缘多边形插指相接;所述曲线插指为一条开口向下的抛物线。
5.根据权利要求4所述的弧线形N电极,其特征在于,所述抛物线的方程是为y2=kx,其中,0.5<k<2。
6.根据权利要求1所述的弧线形N电极,其特征在于,所述插指的宽度范围为4μm~11μm;所述焊盘的长边边长范围是50μm-100μm,短边边长范围是30um-80um。
7.一种垂直结构LED芯片,其特征在于,包括权利要求1~6任一项所述的弧线形N电极。
8.根据权利要求7所述的垂直结构LED芯片,其特征在于,由下至上依次包括p电极层、反射层、电流阻挡层、外延层及弧线形N电极,所述电流阻挡层的形状与弧线形N电极的形状构成相似图形,所述流阻挡层的尺寸比弧线形N电极的尺寸大18%~25%;所述外延层由下至上依次包括P-GaN、量子阱和N-GaN。
9.根据权利要求7所述的垂直结构LED芯片,其特征在于,所述p电极层由下至上依次包括种子层、键合层、掺杂硅衬底层、防氧化层。
10.根据权利要求8所述的垂直结构LED芯片,其特征在于,所述电流阻挡层的制备方法如下:
利用PECVD在P-GaN表面先生长一层SiO2,再匀一层正性光刻胶,用正胶光刻板曝光与弧线形N电极图案垂直投影区域相对应部分的光刻胶,用BOE溶液洗掉曝光区的SiO2,以光刻胶为掩膜,使用ICP对曝光区域的GaN进行O2plasma表面轰击微处理,再使用全自动去胶机去除剩余光刻胶,再在处理过的表面进行反射镜、保护层的生长,反射镜与P-GaN形成微处理过的区域形成肖特基接触,形成高势垒区,形成电流阻挡层。
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PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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