CN107516703A - 发光二极管芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发光二极管芯片，带有半导体层序列，所述半导体层序列具有适于产生电磁辐射的有源层，其中该发光二极管芯片在前侧上具有辐射出射面，在与所述辐射出射面相对的背侧上，所述发光二极管芯片至少局部地具有反射膜层，该反射膜层包含银，在所述反射膜层上布置有保护层，所述保护层具有透明导电氧化物，所述反射膜层在与所述保护层相对的界面上邻接于所述半导体层序列，第一电连接层被布置在所述保护层的与所述反射膜层相对的侧上，所述第一电连接层由多个子层形成，以及所述子层从所述反射膜层出发包括铂层、金层和钛层。

Description

发光二极管芯片
本申请是申请号为201280042389.5、申请日为2012年8月23日的同名称申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及发光二极管芯片。
本专利申请要求德国专利申请10 2011 112 000.2的优先权，其公开内容通过引用结合于此。
背景技术
由文献WO2008/131735 A1已知了一种发光二极管芯片，其中第一和第二电连接层布置在发光二极管芯片的与辐射出射面之一相对的背侧上并且借助分离层相互电绝缘，其中第二电连接层的部分区域从背侧穿过有源层的通孔向发光二极管芯片的前侧方向延伸。发光二极管芯片的这种接触具有如下优点：辐射出射面可以没有接触面并且因此所发射的辐射不会被遮蔽。
发光二极管芯片是所谓的薄膜发光二极管芯片，其中半导体层序列的原始生长衬底被去除并且代替地借助焊接层将在与原始生长衬底相对的侧上的半导体层序列与载体连接。在这种薄膜发光二极管芯片中有利的是，半导体层序列的朝向载体的侧设置有反射膜层，以便将向载体方向发射的辐射偏转到辐射出射面方向上并且由此提高辐射产量。
对于可见的光谱范围，银尤其适合作为用于反射膜层的材料。银的特征在于在可见的光谱范围中的高反射性并且适于制造到半导体材料的良好电接触。然而，另外的方面在于，银是易受腐蚀的并且可能出现银向相邻层中的迁移。
为了保护由银制成的反射膜层免遭腐蚀，通常将保护层施加到银层上。例如铂层适于作为保护层。但是被证实的是，铂在为施加层常用的过程温度下可能进入到银层中并且甚至可能直至到达相对的、在反射膜层和半导体层之间的界面。由此，在反射膜层和半导体层序列之间的界面的反射可能被影响。这导致，光耦合输出和因此发光二极管芯片的效率减少。此外，由于铂向在半导体层序列和反射膜层之间的界面的扩散也可能改变电特性。
发明内容
本发明的任务在于说明一种带有背侧的反射膜层的发光二极管芯片，所述反射膜层借助保护层被保护免遭腐蚀，其中在银层和半导体层序列之间的界面的电特性和反射不受影响。
该任务通过按照独立权利要求1的发光二极管芯片解决。本发明的有利的扩展方案和改进方案是从属权利要求的主题。
按照一种实施方式，发光二极管芯片包括具有适于产生电磁辐射的有源层的半导体层序列。该发光二极管芯片在前侧上具有辐射出射面，由有源层发射的电磁辐射通过辐射出射面从半导体层序列出射。这里并且在下面，发光二极管芯片的前侧理解为发光二极管芯片的布置有辐射出射面的侧。
在与辐射出射面相对的背侧上，发光二极管芯片至少局部地具有反射膜层，该反射膜层包含银或者优选由银制成。
在反射膜层上布置有保护层用于减少对反射膜层的腐蚀。保护层有利地包含透明导电氧化物（TCO-透明导电氧化物）或者由其构成。被证实的是，透明导电氧化物特别好地适于保护反射膜层免遭环境影响和/或被相邻层的组成部分扩散，但是其中透明导电氧化物的材料不扩散到反射膜层中并且由此尤其是不会穿过反射膜层扩散直至在反射膜层和半导体层序列之间的、与保护层相对的界面。因此在反射膜层中有利的是，不包含保护层的材料。
在反射膜层和半导体层序列之间的界面的光学和电学特性因此不会由于保护层的材料扩散到直至该界面而被影响。尤其是，未减小在由银制成的反射膜层和半导体层序列之间的界面上的高反射。
由透明导电氧化物制成的保护层有利地也防止了银从反射膜层扩散至在发光二极管芯片的背侧上跟随保护层的层中，所述层例如是电接触层。
透明导电氧化物的材料可以有利的在高导电性方面被选择和/或被优化。这基于，保护层有利地布置在反射膜层的背离半导体层序列的侧上并且由此不处于发光二极管芯片的光程中。出于这个原因，不需要透明导电氧化物的材料具有高的透明性。尤其是，可以通过添加掺杂剂来改善透明导电氧化物的导电性。
反射膜层的与保护层相对的界面优选邻接于半导体层序列。在半导体层序列和反射膜层之间的界面因此尤其是不布置中间层、例如粘结剂层，其可能导致在反射膜层和半导体层序列之间的界面上的反射的减小。反射膜层尤其是可以邻接半导体层序列的p型半导体区域。
在有利的扩展方案中，透明导电氧化物具有氧化锌（ZnO）或者尤其有利地具有掺杂的氧化锌、例如ZnO:Al或ZnO:Ga。在另一有利的扩展方案中，透明导电氧化物是氧化铟锡（ITO）、氧化铟锌（IZO）或者氧化铟镓锌（IGZO）。透明导电氧化物的特征尤其在于良好的导电性。
保护层优选具有在5nm和500nm之间的厚度，尤其优选在10nm和100nm之间。
在有利的扩展方案中，反射膜层和/或保护层的侧边缘被电绝缘层覆盖。通过该电绝缘层将反射膜层和保护层的侧边缘与横向上相邻的层电绝缘。此外，通过该电绝缘层尤其是保护反射膜层的侧边缘免遭腐蚀。
电绝缘层例如可以是绝缘氧化硅、氮化硅或者氮氧化硅。特别有利的是，电绝缘层是SiO2层。
在另外的有利扩展方案中，在保护层的与反射膜层相对的侧上布置有第一电连接层。第一电连接层优选地由至少一种具有良好导电性的材料构成，以便将电流尽可能均匀地引入半导体层序列中。由此，第一电连接层也用作电流扩大层。第一电连接层与发光二极管芯片的电接触部之一导电连接。
第一电连接层优选由多个子层构成，其中这些子层从反射膜层出发有利地包括铂层、金层和钛层。在该情况下，由铂制成的子层有利地用作扩散屏障，该扩散屏障防止跟随的层的组成部分至保护层或者甚至至反射膜层中并且反过来的扩散。由于高的导电性，由金制成的子层用作电流扩大层并且跟随的钛层用作针对其它跟随的层的粘合剂层。
发光二极管芯片优选在从反射膜层看与半导体层序列相对的侧上与载体连接。该载体尤其是与半导体层序列的生长衬底不同的衬底，该衬底例如借助焊接层与半导体层序列连接。
被用于半导体层序列的外延生长的生长衬底优选从发光二极管芯片被去除。发光二极管芯片因此优选不具有生长衬底。通过将生长衬底从发光二极管芯片去除并且将向载体方向发射的辐射借助反射膜层向辐射出射面反射，实现了具有高效率的发光二极管芯片。
在有利的扩展方案中，发光二极管芯片具有第一和第二电连接层，其中第一和第二电连接层朝向半导体层序列的背侧并且借助电绝缘层相互电绝缘，其中第二电连接层的部分区域从半导体层序列的背侧穿过有源层的至少一个通孔向前侧方向延伸。因此在该扩展方案中，有利地将两个电连接层布置在发光二极管芯片的背侧上。这尤其是具有如下优点：发光二极管芯片的辐射出射面可以没有连接接触部。将第一和第二连接层相互电绝缘的电绝缘层可以覆盖反射膜层和/或保护层的侧边缘并且通过这种方式也用于保护这些层免遭外部影响。电绝缘层有利地具有氧化物或氮化物，例如氧化硅、氮化硅或者氮氧化硅。
附图说明
本发明下面借助实施例结合图1更详细被阐述。
图1示出了按照本发明实施例的发光二极管芯片的横截面的示意图。
所示的组成部分以及组成部分的相互大小关系不视为比例正确的。
具体实施方式
在图1中所示的发光二极管芯片1具有半导体层序列2，该半导体层序列具有被设置用于发射电磁辐射13的有源层3。
发光二极管芯片1的有源层3例如可以被构造为pn结、构造为双异质结构、被构造为单量子阱结构或者多量子阱结构。术语“量子阱结构”在此包括其中载流子通过限制（confinement）经历其能量状态的量子化的那种结构。术语“量子阱结构”尤其是不包含关于量子化的维度的说明。因此它尤其是包括量子管、量子线和量子点和这些结构的每种组合。
半导体层序列2尤其是可以基于氮化合物半导体。“基于氮化合物半导体”在该背景下意味着，半导体层序列2或者其至少一个层包括III-氮-化合物半导体材料，优选，其中并且。在此，该材料不必一定具有按照上面表达式的数学上精确的组分。而是它可以具有一种或多种掺杂物质以及附加的组成部分，它们基本上不改变-材料的特征性物理特性。然而，出于简洁起见，上面的表达式仅仅包含晶格的主要组成部分，即使这些主要组成部分可以部分地通过少量的其他物质所代替。
发光二极管芯片1通过辐射出射面4发射电磁辐射13, 辐射出射面4布置在发光二极管芯片1的前侧上。为了改善辐射耦合输出，辐射出射面4可以设置有打毛或者耦合输出结构（未示出）。
发光二极管芯片1是所谓的薄膜发光二极管芯片。在薄膜发光二极管芯片中，半导体层序列2的原始的生长衬底从发光二极管芯片1被去除并且代替地发光二极管芯片1在与原始的生长衬底相对的侧上借助焊接层18与载体19连接。原始的生长衬底尤其是可以从半导体层序列2的现在用作辐射出射面4的表面被去除。因此在发光二极管芯片1中，通常首先生长到生长衬底上的n型半导体区域2a朝向辐射出射面4。半导体层序列2的p型半导体区域2b朝向载体19。载体19例如可以具有锗或硅。
为了改善发光二极管芯片1的效率，发光二极管芯片1在与辐射出射面4相对的背侧上局部地具有反射膜层5。反射膜层5布置在发光二极管芯片的p型半导体区域2b和第一电连接层10之间。通过反射膜层5，由有源层3向载体19方向发射的辐射有利地向辐射出射面4反射。
反射膜层5有利地包含银或者由其构成。由银制成的反射膜层5有利地在可见光谱范围中具有高反射率。此外，银的特点还在于高的导电性。反射膜层5尤其是可以邻接于p型半导体区域2b并且由此构成发光二极管芯片1的半导体层序列2的电端子之一。
在由银制成反射膜层5的情况下可能出现如下问题：该反射膜层比较容易被腐蚀，这尤其是在发光二极管芯片1的长的运行持续时间之后可能导致辐射产出量的减少。为了保护反射膜层5免遭腐蚀并且为了防止反射膜层5的材料扩散到跟随的层7、8、9以及反过来，在反射膜层5的背离半导体层序列2的界面上布置保护层6。
保护层6有利地具有透明导电氧化物。优选地，保护层6包含ZnO、或IGZO或者由其构成。
与金属保护层、例如铂或钛相比，由透明导电氧化物制成的保护层6具有如下优点：保护层6的材料不扩散到反射膜层5中。
由此，保护层6的材料尤其是不到达在半导体层序列2和反射膜层5之间的与保护层6相对的界面上。由于保护层6的材料至反射膜层5中的扩散导致的反射的减少和/或电特性、尤其是前向电压的改变因此有利地不会出现。此外，保护层6也有利地防止了银从反射膜层5扩散至跟随的层7、8、9以及跟随的层7、8、9的材料、尤其是例如金的金属扩散至反射膜层5中。
保护层6优选具有在5nm至50nm之间的厚度，包含端值，尤其有利地在10nm至100nm之间。
在与反射膜层5相对的界面上，保护层6邻接于第一电连接层10。第一电连接层10可以具有多个子层7、8、9。第一电连接层10例如具有三个子层。从保护层6出发，所述子层优选是铂层7、金层8和钛层9。铂层7尤其具有扩散屏障的功能，该扩散屏障防止跟随的层8、9的组成部分扩散至保护层6或者甚至至反射膜层5中以及反过来的扩散。由于高的导电性，金层8用作电流扩大层并且跟随的钛层9用作针对其它跟随的层、尤其是电绝缘层14的粘合剂层。
发光二极管芯片1此外具有第二电连接层15，通过其发光二极管芯片1由与辐射出射面4相对的背侧接触。因此不仅第一电连接层10、而且第二电连接层15都布置在发光二极管芯片1的朝向载体19的背侧上。这具有如下优点：辐射出射面4没有电连接层，使得由发光二极管芯片1发射的电磁辐射13不会被电连接层10、15遮蔽。
第一电连接层10优选接触半导体层序列2的p型区域2b。第二电连接层15优选接触半导体层序列2的n型区域2a。第二电连接层15为此从发光二极管芯片1的背侧穿过延伸通过半导体层序列的p型区域2b和有源层3的一个或多个通孔21a、21b直至半导体层序列2的n型区域2a。为了防止短路，第二电连接层15在通孔21a、21b的区域中借助电绝缘层14与半导体层序列2的有源层3和p型区域2b电绝缘。
此外，电绝缘层14将第二电连接层15也与第一电连接层10隔离。电绝缘层14例如是氧化物层或氮化物层、优选是氧化硅层，氮化硅层或氮氧化硅层。
电绝缘层14有利地至少在部分区域中覆盖反射膜层5和保护层6的侧边缘16。通过这种方式，反射膜层5有利地也在侧边缘16上被保护免遭腐蚀。
第二电连接层15优选包含银并且尤其在通孔21a、21b的区域中用作针对由发光二极管芯片1发射的电磁辐射13的第二反射膜层。
在第二电连接层15和焊接层18之间优选布置扩散屏障层17。扩散屏障层17防止：焊接层18的组成部分扩散到第二电连接层15中以及反过来。扩散屏障层17例如包含氮化钛钨。
利用焊接层18将发光二极管芯片1焊接到载体19上。焊接层18尤其是可以包含AuSn。
发光二极管芯片1的载体19例如可以是锗载体或硅载体。在载体的背离发光二极管芯片1的背侧上可以施加接触金属化部20，通过其将第二电连接层15向外电连接。
第一电连接层10例如可以通过接合焊盘11和接合线12向外电连接。
本发明不受借助实施例的描述限制。相反，本发明包含任何新特征以及特征的任何组合，这尤其是包含权利要求中的特征的任何组合，即使所述特征或所述组合本身没有在权利要求或实施例中被明确说明。

Claims (10)

1.发光二极管芯片（1），带有半导体层序列（2），所述半导体层序列具有适于产生电磁辐射（13）的有源层（3），其中
-该发光二极管芯片（1）在前侧上具有辐射出射面（4），
-在与所述辐射出射面（4）相对的背侧上，所述发光二极管芯片（1）至少局部地具有反射膜层（5），该反射膜层包含银，
-在所述反射膜层（5）上布置有保护层（6），
-所述保护层（6）具有透明导电氧化物，
-所述反射膜层（5）在与所述保护层（6）相对的界面上邻接于所述半导体层序列（2），
-第一电连接层（10）被布置在所述保护层（6）的与所述反射膜层（5）相对的侧上，
-所述第一电连接层（10）由多个子层（7,8,9）形成，以及
-所述子层（7,8,9）从所述反射膜层（5）出发包括铂层（7）、金层（8）和钛层（9）。
2.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，
其中所述保护层（6）具有ZnO、ZnO:Ga、ZnO:Al、ITO、IZO或IGZO。
3.根据权利要求1或2所述的发光二极管芯片，
其中所述保护层（6）具有在5nm至500nm之间的厚度。
4.根据权利要求3所述的发光二极管芯片，
其中所述保护层（6）具有在10nm和100nm之间的厚度。
5.根据权利要求1或2所述的发光二极管芯片，
其中所述反射膜层（5）和/或所述保护层（6）的侧边缘（16）至少局部地被电绝缘层（14）覆盖。
6.根据权利要求5所述的发光二极管芯片，
其中所述电绝缘层（14）是氧化物层或氮化物层。
7.根据权利要求1或2所述的发光二极管芯片，
其中所述半导体层序列（2）的邻接所述反射膜层（5）的区域是p型半导体区域（2a）。
8.根据权利要求1或2所述的发光二极管芯片，
其中所述发光二极管芯片（1）在从所述反射膜层（5）看与所述半导体层序列（2）相对的侧上与载体（19）连接。
9.根据权利要求1或2所述的发光二极管芯片，
其中所述发光二极管芯片（1）不具有生长衬底。
10.根据权利要求1或2所述的光发光二极管芯片，
其中
-所述发光二极管芯片（1）具有第一电连接层（10）和第二电连接层（15），
-所述第一电连接层（10）和所述第二电连接层（15）朝向所述半导体层序列（2）的背侧并且借助电绝缘层（14）相互电绝缘，
-所述第二电连接层（15）的部分区域从所述半导体层序列（2）的背侧穿过所述有源层（3）的至少一个通孔（21a，21b）向前侧方向延伸。
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