CN111129247A - 一种半导体发光元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种半导体发光元件,包括:第一导电型半导体层和第二导电型半导体层;第一电极和第二电极,分别配置于所述第一导电型半导体层和第二导电型半导体层上,并位于半导体发光元件的同一面侧;至少一条第二电极引线,包括与所述第二电极连接的连接段和从所述连接段向第一电极延伸的延伸段;其特征在于:所述第二电极引线延伸段具有自所述第二电极引线连接段延伸至逐渐靠近第一电极的第一部分和自第一部分延伸逐渐靠近第一电极的第二部分,所述第一部分的宽度自延伸方向呈递减变化的,所述第二部分的宽度是固定不变的。本发明第二电极引线延伸段的第一部分的宽度自延伸方向呈递减变化,可提升半导体发光元件的过电压冲击性能(EOS性能)。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种半导体发光元件,属于半导体光电技术领域。
背景技术
发光二极管(LightEmittingDiode,简称LED)具有发光强度大、效率高、体积小、使用寿命长等优点,被认为是当前最具有潜力的光源之一。近年来,LED已在日常生活中得到广泛应用,例如照明、信号显示、背光源、车灯和大屏幕显示等领域,同时这些应用也对LED的亮度、发光效率提出了更高的要求。
为了提升LED发光效率,LED芯片设计除了逐步向小电极方面进行优化,还会向细电极引线方面进行优化,以减小挡光面积,提高发光亮度。但是,在较大电流密度下,细电极引线容易导致电流无法实现有效扩展,集中在电极引线与电极连接的一端,电流扩展不均匀、热量局部集中,导致电极和电极引线的连接处断裂,影响LED芯片的可靠性和抗静电能力。
图1为现有的一种正装发光二极管的电极结构的示意图,该正装发光二极管的第一电极和第二电极位于芯片的同一面侧,第二电极引线的连接段的宽度自延伸方向逐渐变窄,连接段的末端宽度约为起始宽度的40%~50%,延伸段的宽度是固定不变的。由于正装发光二极管的散热性较差,且第一电极和第二电极均设置在发光二极管的正面,电流仅能通过正面的电极和电极引线以及透明导电层进行扩散,容易发生电流拥挤。电流经电极和电极引线传导,并通过周围的透明导电层做水平扩散,流经的区域都会产生热量。电极引线前端处于载荷尚未完全扩散开的状态,容易受到集中载荷的影响,表面热沉积,电极连接段和延伸段的连接位置易先引发电极鼓泡烧伤,失去电流导通扩散能力。电极引线的末端处于电流完成电极引线和透明导电层的流转后的区域,该区域已进一步分散了载荷,不易发生烧伤。发光二极管刚刚通上电时,会产生一个瞬态的高负载电流,这更容易加剧电流拥挤,电极引线连接段和延伸段的连接处更容易发生芯片烧伤。
发明内容
为了解决上述问题,本发明设计了一种半导体发光元件,其第二电极引线延伸段的第一部分的宽度自延伸方向采用宽度分段变窄或逐渐变窄的方式,呈递减变化的,第二部分宽度固定不变。通过第二电极引线的延伸段宽度自延伸方向为分段式变窄或者线性变窄,电极引线的前端宽度较宽,有助于补偿前端电流扩散的薄弱之处,扩大前端的电流通量,让载荷快速通过,有效分散热量,延迟积热导致的电极鼓泡烧伤的发生,能使半导体发光元件承受更大的载荷,即过电压冲击性能(EOS性能)提升;同时可以避免电极引线的整体宽化设计,减小挡光面积,减小电极引线的吸光或者挡光对亮度的影响。
为实现上述目的,本发明提供一种半导体发光元件,包括:第一导电型半导体层和第二导电型半导体层;第一电极和第二电极,分别配置于所述第一导电型半导体层和第二导电型半导体层上,并位于半导体发光元件的同一面侧;至少一条第二电极引线,包括与所述第二电极连接的连接段,从所述连接段向第一电极延伸的延伸段;其特征在于:所述第二电极引线延伸段具有自所述第二电极引线连接段延伸至逐渐靠近第一电极的第一部分和自第一部分延伸逐渐靠近第一电极的第二部分,所述第一部分的宽度在延伸方向呈递减变化,所述第二部分的宽度是固定不变的。
优选地,所述第二电极引线延伸段的第一部分的宽度自延伸方向以固定的变化率呈线性变窄。
作为本发明的另一种实施方式,优选地,所述第二电极引线延伸段的第一部分的宽度自延伸方向分段变窄,每段的宽度是固定不变的或者每段的宽度具有不同的变化率。
优选地,所述第二电极引线延伸段的第一部分的宽度自一水平的延伸方向呈递减变化。
优选地,所述第二电极引线连接段向接近第一电极的方向弯曲或向接近第一电极的方向直线地延伸。
作为本发明的一种实施方式,所述第二电极引线为多条,其中至少一条第二电极引线连接段向接近第一电极的方向弯曲,其中一条第二电极引线向接近第一电极的方向直线地延伸。
优选地,所述第二电极引线连接段的宽度是固定不变的,其宽度范围为2um~30um。
优选地,所述第二电极引线连接段自远离第二电极的延伸方向变窄,所述第二电极连接段的末端宽度为起始宽度的75%~95%。
优选地,所述第二电极引线延伸段的第二部分的宽度范围为0.5um~10um。
优选地,所述第二电极引线连接段的宽度大于第二电极引线延伸段的第二部分的宽度。
优选地,所述第二电极引线延伸段的第二部分为直线状地延伸。更优选地,所述第二电极引线延伸段还包括一端部,该端部连接所述第二电极引线延伸段的第二部分,且宽度固定不变,向逐渐靠近第一电极的方向弯曲。
优选地,所述第二电极引线延伸段的第二部分向逐渐靠近第一电极的方向弯曲。
优选地,所述第二电极引线延伸段的末端至第一电极的距离为20~300um。
优选地,所述第二电极引线延伸段的第一部分的长度占整个第二电极引线延伸段长度的20%~80%。更优选地,所述第二电极引线延伸段的第一部分的长度占整个第二电极引线延伸段长度的40%~60%。
优选地,所述第二电极引线连接段的宽度为第二电极引线延伸段第二部分宽度的1.5~3倍。
作为本发明的另外一种实施方式,优选地,所述第一电极具有多条引线,至少一条引线包括与第一电极连接的连接段和从所述连接段向第二电极延伸的延伸段,所述第一电极引线延伸段自所述第一电极引线连接段延伸出去并逐渐靠近第二电极的第一部分和自第一部分延伸出去并逐渐靠近第二电极的第二部分,所述第一电极引线延伸段的第一部分的宽度沿着远离第一电极的延伸方向是递减变化的,所述第二部分的宽度是固定不变的。
优选地,所述第一电极引线延伸段的第一部分的宽度自延伸方向以固定的变化率呈线性变窄。
优选地,所述第一电极引线延伸段的第一部分的宽度自延伸方向分段变窄,每段的宽度是固定不变的或者每段的宽度具有不同的变化率。
优选地,所述第一电极引线连接段的宽度为第一电极引线延伸段第二部分的宽度为1.5~3倍。
优选地,所述第一电极引线延伸段的第一部分的长度占整个第一电极引线延伸段长度的20%~80%。更优选地,所述第一电极引线延伸段的第一部分的长度占整个第一电极引线延伸段长度的40%~60%。
优选地,还包括透明导电层,形成于第二导电型半导体层上,与第二导电型半导体层形成欧姆接触。
优选地,还包括位于第二导电型半导体层和第二电极及第二电极引线之间的电流阻挡层,所述电流阻挡层包括位于所述第二电极引线下方的电流阻挡层以及位于所述第二电极引线下方的电流阻挡层。
优选地,所述透明导电层具有暴露电极电流阻挡层的开口。
更优选地,第二电极引线下方的电流阻挡层的宽度变化趋势与第二电极引线的宽度变化趋势一致。
如上所述,本发明设计的半导体发光元件,包括如下有益效果:
通过电极引线连接段的宽度大于延伸段的宽度,同时延伸段第一部分的宽度自延伸方向分段变窄或者线性变窄,第二部分的宽度固定不变,可补偿前端电流扩散的薄弱之处,扩大前端的电流通量,让载荷快速通过,有效分散热量,延迟积热导致的电极鼓泡烧伤的发生,能使半导体发光元件承受更大的载荷,即EOS性能提升;同时可以避免电极引线的整体宽化设计,减小挡光面积,减小对亮度的影响。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。此外,附图数据是描述概要,不是按比例绘制。
图1为现有正装半导体发光元件的电极结构的示意图。
图2为本发明实施例1中提到的半导体发光元件1A的剖面示意图。
图3为本发明第二电极引线延伸段第一部分的宽度变化示意图。
图4为本发明实施例1中提到的半导体发光元件1A的电极结构的示意图。
图5为本发明实施例1中提到的变形例1B的电极结构的示意图。
图6为本发明实施例1中提到的变形例1C的电极结构的示意图。
图7为本发明实施例1中提到的对比例1D的电极结构的示意图。
图8为本发明实施例1中提到的参考例1E的电极结构的示意图。
图9为本发明实施例2中提到的半导体发光元件的电极结构的示意图。
图10为本发明实施例3中提到的半导体发光元件的电极结构的示意图。
图11为本发明实施例4中提到的半导体发光元件的电极结构的示意图。
图12为本发明实施例5中提到的半导体发光元件的电极结构的示意图。
图中元件标号说明:
1衬底;2第一导电型半导体层;3活性层;4第二导电型半导体层;5电流阻挡层;6透明导电层;7第一电极;71、72第一电极引线;8第二电极;81、82、83第二电极引线;9绝缘保护层。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例1
本实施例提供如下一种半导体发光元件,图2为半导体发光元件的剖面示意图,其包括:1:衬底;2:第一导电型半导体层;3:活性层;4:第二导电型半导体层;5:电流阻挡层;6:透明导电层;7:第一电极;71、72:第一电极引线;8:第二电极;81、82、83:第二电极引线;9:绝缘保护层。
衬底1可为绝缘性基板或导电性基板。衬底1为用以使半导体垒晶叠层外延生长的生长基板,包括蓝宝石(Al2O3)或尖晶石(MgA12O4)的绝缘性基板;碳化硅(SiC)、ZnS、ZnO、Si、GaAs、金刚石;及与氮化物半导体晶格匹配的铌酸锂、镓酸铌等氧化物基板。衬底1包括第一表面、第二表面以及侧壁,其中第一表面和第二表面相对。衬底1可包括形成在第一表面上的至少一部分区域的多个突出。衬底1的多个突出可形成为规则和/或不规则的图案。在本实施例中,所述衬底1优选为经图案化的蓝宝石基板。
衬底1的厚度介于40~300um之间,较厚的情况下,衬底1的厚度为80~300um,较薄的情况下,衬底1的厚度如40um以上、80um以下或者更薄的情况40um以上、60um以下。
半导体垒晶叠层包括依次堆叠在衬底1的第一表面上的第一导电型半导体层2、活性层3和第二导电型半导体层4。
第一导电型半导体层2可以由III-V族或II-VI族化合物半导体组成,并且可以掺杂有第一掺杂剂。第一导电型半导体层2可以由具有化学式InX1AlY1Ga1-X1-Y1N(0≤X1≤1,0≤Y1≤1,0≤X1+Y1≤1)的半导体材料组成,例如GaN,AlGaN,InGaN,InAlGaN等。另外,第一掺杂剂可以是n型掺杂剂,例如Si,Ge,Sn,Se和Te。当第一掺杂剂是n型掺杂剂时,掺杂有第一掺杂剂的第一导电型半导体层为n型半导体层。本实施例中,优选第一导电型半导体层为掺杂n型掺杂剂的n型半导体。
活性层3设置在第一导电型半导体层2和第二导电型半导体层4之间。活性层3为提供电子和空穴复合提供光辐射的区域,根据发光波长的不同可选择不同的材料,活性层3可以是单量子阱或多量子阱的周期性结构。活性层3包含阱层和垒层,其中垒层具有比阱层更大的带隙。通过调整活性层3中半导体材料的组成比,以期望辐射出不同波长的光。
第二导电型半导体层4形成在活性层3上,并且可以由III-V族或II-VI族化合物半导体组成。第二导电型半导体层可以掺杂第二掺杂剂。第二导电型半导体层4可由具有化学式InX2AlY2Ga1-X2-Y2N(0≤X2≤1,0≤Y2≤1,0≤X2+Y2≤1)的半导体材料组成,或选自AlInN,AlGaAs,GaP,GaAs,GaAsP和AlGaInP的材料。当第二掺杂剂为p型掺杂剂,例如Mg,Zn,Ca,Sr和Ba时,掺杂第二掺杂剂的第二导电型半导体层为p型半导体层。本实施例中,优选第二导电型半导体层为掺杂p型掺杂剂的p型半导体。
为了将后述的第一电极7及第二电极8配置于所述第一导电型半导体层2及第二导电型半导体层4的同一面侧,可以以第一导电型半导体层2的一部分露出的方式将第二导电型半导体层4层积于第一导电型半导体层2上,或者以第二导电型半导体层4的一部分露出的方式将第一导电型半导体层2层积于第二导电型半导体层上。
在第一导电型半导体层2(n型半导体层)上经由活性层3层积第二导电型半导体层4(p型半导体层)而构成半导体垒晶叠层,就p型半导体层及活性层而言,为了使这些层之下的n型半导体层的一部分露出而优选在一部分区域进行除去。半导体垒晶叠层可包括至少局部地贯通活性层3及第二导电型半导体层4而露出第一导电型半导体层2的至少一个孔。孔使第一导电型半导体层2局部地露出,孔的侧面可由发光层3及第二导电型半导体层4包围。或者,半导体垒晶叠层可包括一个或者数个台面,所述台面包括活性层3及第二导电型半导体层4。台面位于第一导电型半导体层2的部分表面上。在本实施例中,优选半导体垒晶叠层包括一个台面,台面包括活性层3和第二导电型半导体层4。
一透明导电层6位于第二导电型半导体层4上。透明导电层6可与第二导电型半导体层4形成欧姆接触。由于配置于半导体发光元件的光取出面侧,故而优选具有透明性的导电层、具体而言为导电性氧化物层。作为这种导电性氧化物,可列举出含有选自Zn、In、Sn、Mg中的至少一种的氧化物、具体而言为ZnO、In2O3、SnO2、ITO(IndiumTinOxide;ITO)、IZO(IndiumZincOxide)、GZO(Gallium-dopedZincOxide)等。由于导电性氧化物(特别是ITO)在可视光(可视区域)具有高的光透射性(例如60%以上、70%以上、75%以上或80%以上),另且还为导电率较高的材料,故而能适合使用。透明导电层6可具有暴露后述第二电极下方的电流阻挡层5的开口。
第一电极7及第二电极8为了向第一导电型半导体层2及第二导电型半导体层4分别供给电流而与第一导电型半导体层2及第二导电型半导体层4直接或间接地电连接。在第一导电型半导体层为n型的情况下,第一电极是指n侧电极,在第一导电型半导体层为p型的情况下,第一电极是指p侧电极。第二电极也同样。本实施例中,优选第一电极为n侧电极,第二电极为p侧电极。
第二电极8与透明导电层6接触,实现第二电极与第二导电型半导体层4之间电性连接。
在俯视观察下,第一电极7或第二电极8优选配置于半导体发光元件的内侧。换言之,优选第一电极7被第二导电极电型半导体层4包围,或第二电极8被第一导电型半导体层2包围。由此,能够使电流在第一电极7或第二电极8的整周扩散。在一些实施例中,第一电极7或第二电极8的一部分也可以不被第二导电型半导体层4或第一导电型半导体层2包围。
第一电极7为其一部分或全部被第二电极8包围的方式,也可以相反。换言之,可以为n侧电极的一部分或全部被p侧电极包围的方式,也可以为p侧电极的一部分或全部被n侧电极包围的方式。其中,考虑到确保活性层3的面积,优选n侧电极的一部分或全部被p侧电极包围的方式。
第一电极7及第二电极8为焊盘电极,该焊盘电极主要为了向半导体发光元件供给电流而与外部电极或外部端子等进行电连接。第一电极7及第二电极8分别偏向半导体垒晶叠层的相对的一对边侧设置。焊盘电极的俯视形状可根据半导体发光元件的大小、电极的配置等适当调整,例如可设为圆形、正多边形等形状。其中,考虑到导线接合的容易度等,优选为圆形或接近圆形的形状。另外,第一电极焊盘电极及第二电极焊盘电极的大小可根据半导体发光元件的大小、电极的配置等适当调整。例如可设为直径70um~150um程度的大致圆形。第一电极焊盘电极及第二电极焊盘电极的形状及大小可以相同,也可以互不相同。
第二电极8具有多条电极引线,至少一条第二电极引线,包括与所述第二电极连接的连接段,从所述连接段向第一电极延伸的延伸段;所述第二电极引线延伸段具有自所述第二电极引线连接段延伸至逐渐靠近第一电极的第一部分和自第一部分延伸逐渐靠近第一电极的第二部分,所述第一部分的宽度在延伸方向呈递减变化,所述第二部分的宽度是固定不变的。作为本发明的一种实施方式,所述第二电极延伸段的第一部分的宽度可以自延伸方向以固定的变化率呈线性变窄,如图3a所示;作为本发明的另一种实施方式,所述第二电极延伸段的第一部分的宽度可以自延伸方向分段变窄,其中每段的宽度是固定不变的,如图3b所示,或者每段的宽度以不同的变化率使第二电极引线延伸段的第一部分的宽度呈递减变化,如图3c~3e所示。
作为本发明的一种实施方式,本实施例1A,如图4所示,第一电极7具有两条电极引线71和72,第一电极引线71和72包括与第一电极7连接的连接段71a、72a和从所述连接段71a、72a向第一电极延伸的延伸段71b、72b。第一电极连接段71a、72a和延伸段71b、72b的宽度是相等的。
第二电极8具有三条电极引线81、82和83。所述第二电极引线81和83的形状相同,以第二电极引线81为例,包括与第二电极8连接的连接段81a和从所述连接段81a向第一电极7延伸的延伸段81b。所述第二电极引线的延伸段81b包括自连接段81a延伸出去逐渐靠近第一电极7的第一部分81b1和自第一部分81b1延伸出去逐渐靠近第一电极的第二部分81b2,所述第一部分81b1的宽度自延伸方向是分段变窄或者以固定的变化率呈线性变窄的,所述第二部分81b2的宽度是固定不变的。第二电极连接段81a和83a向接近第一电极的方向弯曲。第二电极引线还包括一条自第二电极向第一电极直线地延伸,该第二电极引线82包括连接第二电极直线地延伸的连接段82a和自连接段往第一电极方向延伸的延伸段82b,该延伸段82b包括自第二电极向逐渐靠近第一电极直线状地延伸的第一部分82b1和自第一部分82b1延伸出去逐渐靠近第一电极的第二部分82b2。在本实施例中,优选第二电极引线的延伸段81b还包括一端部81b3,该端部向逐渐靠近第一电极7的方向弯曲,其宽度固定不变,宽度等同81b2的宽度。通过加入该端部,可使第二电极引线达到足够的长度,第二电极引线达到足够的长度可降低器件的工作电压。同时,更优选的是,电极引线延伸段的端部81b3可以局部放大部结构结束延伸,以防止电流或电荷集中在电极末端,防止末端烧伤。
第二电极引线连接段的宽度大于第二电极引线延伸段的宽度。第二电极引线连接段的宽度为固定不变的,其宽度为2um~30um。例如4~15um。或者,第二电极引线连接段的宽度自延伸方向是逐渐变窄的,其连接段的末端宽度为连接段起始宽度的75%~95%。优选地,第二电极引线连接段的宽度为第二电极引线延伸段第二部分宽度的1.5~3倍,例如第二电极引线延伸段的第二部分的宽度为2~5um。第二电极引线延伸段第一部分的长度在整个延伸段长度中所占的比例为20%~80%,更优选地,第二电极引线延伸段第一部分的长度在整个延伸段长度中所占的比例为40%~60%。
由于正装发光二极管的散热性较差,且第一电极和第二电极均设置在发光二极管的正面,电流仅能通过正面的电极和电极引线以及透明导电层进行扩散,容易发生电流拥挤。电极引线前端处于载荷尚未扩散开之前的状态,容易受到集中载荷的影响,表面热沉积,连接段与延伸段间的连接位置易先引发电极鼓泡烧伤,失去导通扩散能力;引线末端处于电流完成电极引线和透明导电层的流转后的区域,该区域已经进一步分散了载荷,不易烧伤,故本发明采用将第二电极连接段的宽度设计成大于第二电极延伸段的宽度,其中第二电极连接段的末端宽度为起始宽度的75%以上,或者更佳的连接段的宽度不变,第二电极延伸段的第一部分的宽度自第二电极向第一电极延伸方向呈递减变化,第二部分的宽度固定不变的方式,可补偿前端电流扩散的薄弱之处,扩大前端的电流通量,让载荷快速通过,有效分散热量,延迟积热导致的电极鼓泡烧伤的发生,能使半导体发光元件承受更大的载荷,即EOS性能提升;同时可以避免电极引线的整体宽化设计,减小挡光面积,减小对亮度的影响。
在半导体发光元件中,由于p电极的载流子迁移率较低,通常会在p电极和p电极引线的底部造成一定的电流拥堵。因此,通常会在电极和电极引线的底部增加电流阻挡层5,用于抑制电流的过注入,增加电流扩散。电流阻挡层5至少位于第二导电型半导体层4的局部位置上。电流阻挡层5可以在第二导电型半导体层5上对应于第二电极8和电极引线81、82、83所在的部分而布置。电流阻挡层5可以包括电极电流阻挡层及电极引线电流阻挡层。电极电流阻挡层及电极引线电流阻挡层可以分别对应于第二电极及第二电极引线的位置而布置。优选地,第二电极引线下方的电流阻挡层的形状同第二电极引线的形状,并且宽度尺寸略大于电极引线的尺寸,宽度不能过大,否则会造成光损失。
电流阻挡层5能够防止向第二电极8供应的电流直接传送至半导体层而造成的电流集中,促进电流扩散。因此,电流阻挡层5可以具有绝缘性,且可以包括绝缘物质,且可以形成为单层或多层结构。例如,电流阻挡层5可以包括SiOx、SiONx和SiNx。由于配置于半导体发光元件的光取出面侧,故优选电流阻挡层5为透光性的。
本实施例1A中,如图4所示,第二电极引线的延伸段的第一部分的宽度自延伸方向是分段变窄,其中每段的宽度变化率不同。所述第二电极引线延伸段81b的第一部分81b1分成三段L1,L2和L3,L1,L2和L3的长度相同,分别为整段延伸段81b长度的20%,所述第二电极引线连接段81a的宽度为d0,所述第一部分三段L1,L2和L3的末端宽度分别为d1、d2和d3,其中d1为d0的90%,d2为d0的60%,d3为d0的30%,第三段末端的宽度的d3同第二电极引线延伸段第二部分81b2的宽度d4。第一段L1的宽度变化率低于第二段L2和第三段L3的变化率,这是因为电极引线的最前端载荷集中,尚未充分扩散开,故设置电极引线延伸段第一部分第一段L1的宽度变化率最小,随着载荷沿着电极引线的逐渐扩散,电极引线延伸段沿着延伸方向的宽度可以设置为宽度变化率逐渐增大,这样可以保证不影响半导体发光元件的过电压冲击性能的基础上,减小电极引线延伸段后端的宽度,减小电极引线的挡光或吸光面积,从而提升发光亮度。同理,第二电极引线82、83的宽度变化方式同第二电极引线81。例如连接段d0为4~12um,第二部分宽度d4为2~5um。
作为实施例1A的变形,实施例1B中,如图5所示,第二电极引线延伸段81b的第一部分为一段式渐变,设为L1',第二电极连接段的宽度d0'同实施例1A的宽度d0,L1'末端的宽度为d1',d1'为连接段宽度d0'的30%,即实施例1B中第二电极引线延伸段第二部分的宽度同实施例1A中第二电极引线第二部分的宽度。第二电极引线82、83的宽度设计方式同第二电极引线81。
作为实施例1A的另一种实施方式,实施例1C中,如图6所示,所述第二电极引线延伸段81b的第一部分为两段式渐变,设为L1'',L2'',其宽度分别为d1''和d2'',连接段的宽度为d0'',同实施例1中连接段的宽度d0,其中d1''为d0''的80%,d2''为d0''的30%。第二电极引线延伸段的第一部分的第一段的宽度的变化率比第二段的变化率小。第二电极引线82、83的宽度设计方式同第二电极引线81。
作为对比例1D,如图7所示,该对比例中第二电极引线连接段82a的宽度与第二电极引线延伸段82b的宽度相同,相对于传统的第二电极结构进行了加宽处理,其宽度等同于实施例1A中连接段的宽度d0。
作为参考例1E,如图8所示,为现有正装发光二极管的电极结构,其连接段的起始宽度同实施例1A中的宽度d0,连接段的宽度逐渐变窄至起始宽度的30%,其延伸段的宽度保持不变。
所有的实施例1A~1E中允许末端局部放大部,以防止电流或电荷集中在电极末端,防止末端烧伤。
对以上实施例1A、1B、1C和对比例1D、参考例1E的样品进行测试,正向流通120mA电流,进行发光亮度的测试;同时进行过电压冲击(EOS性能)测试,使用source test 可变式电压源测试,步进1V,每个击打电压下击打3次,每次间隔3s;每次测试结束后均会用LED-800测试Vf数据。如数据正常,则击打下个电压,重复以上动作,直至芯片Vf失效,其失效电压Vf的高低反映了半导体发光元件的过电压冲击的能力大小。其结果如下表所示:
如上表数据显示,以参考例1E测试得到的EOS性能的数据为基准,电极引线分别采用一段式、二段式、三段式分段渐变和连续固定加宽,其EOS性能较参考例均有不同程度的提升,分别提升50%,52%,53%和55%。由于实施例1A、1B和1C中第二电极引线连接段的宽度和第二电极引线延伸段第二部分的宽度均相同,对比例1D与实施例1A、实施例1B和实施例1C中的第二电极引线连接段的宽度均相同,当采用一段式、二段式、三段式分段渐变和连续固定加宽时,其对应从第二电极引线连接段宽度变化至第二电极引线第二部分宽度的距离加长,电极引线前端的电流通量的扩散能力也是逐个增强,让电极引线前端的载荷能够快速通过,不会造成载荷的拥挤,能够有效分散热量,延迟积热导致的电极鼓泡烧伤的发生,从而能使半导体发光元件承受更大的载荷,即EOS性能提升。从表1中数据可看出,一段式分段渐变的实施例1AEOS性能提升了50%,采用二段式分段渐变、三段式分段渐变时,其EOS性能提升较一段式分段渐变略有提升;采用整体加宽设计时,其EOS性能提升较三段式分段渐变略有提升。由于采用一段式、二段式、三段式分段渐变和连续固定加宽时,其对应从第二电极引线连接段宽度变化至第二电极引线第二部分宽度的距离加长,电极引线的挡光面积也逐渐增大,如上表数据所示,其亮度均有下降,且呈逐渐下降的趋势。综合考虑电极引线分段渐变方式对EOS性能和发光亮度的影响,优选采用二段式分段设计,可保证发光二极管具有较优的EOS性能和发光亮度。
对实施例1A、1B、1C和对比例1D、参考例1F实施失效电压Vf时,电极的不同位置发生烧伤。如图4至图8所示,虚线框部分为电极烧伤的位置,其中参考例1F的烧伤位置在第二电极引线连接段和延伸段的连接处;一段式渐变设计的实施例1B的烧伤位置在第二电极引线延伸段的第一部分和第二部分的连接处,即第二电极引线延伸段的第一段渐变的末端,还有第一电极连接段和延伸段的连接位置也发生烧伤;而二段式渐变设计的实施例1C、三段式渐变设计的实施例1A和整体加宽设计的参考例1E的电极烧伤位置为第一电极中连接段和延伸段的位置。电流自第一电极和第二电极注入,往第一电极引线和第二电极引线扩散,因为第一电极侧电子迁移率大于第二电极侧空穴迁移率,通常第二电极往第二电极引线延伸方向电荷较集中,容易产生电流拥堵效应,故参考例1E中电极烧伤的位置为第二电极连接段和延伸段的连接位置。一段式渐变设计的实施例1B,电极引线连接段的宽度较参考例1E进行加宽处理,第二电极引线延伸段的第一部分宽度采用自延伸方向变窄,可补偿前端电流扩散的薄弱之处,扩大前端的电流通量,让载荷快速通过,有效分散热量,延迟积热导致的电极鼓泡烧伤的发生,增大了半导体元件的过电压冲击能力,一段式渐变设计的EOS性能增强,同时烧伤位置发生转移,从第二电极连接段和延伸段的连接位置转移至第二电极延伸段的第一部分的末端,在更高的电压作用下,N电极的载荷也不能实现有效扩展,从而在第一电极连接段和延伸段的连接位置也发生烧伤。二段式、三段式渐变设计和整体加宽设计中,延长第二电极引线第一部分的渐变长度,第二电极引线的电流扩展能力得到大大的增强,其相应的过电压冲击能力也增强;在更高的电压作用下,第二电极引线电流可以实现有效扩展,第一电极引线不能实现有效扩展,从而在第一电极连接段和延伸段的连接位置发生烧伤。
在本发明的实施例中,一绝缘保护层9覆盖在半导体垒晶叠层、第一电极和第二电极的表面上。绝缘保护层包含开口,该开口以分别露出第一电极和第二电极的部分上表面。绝缘保护层可以选用SiNx、SiOx和Al2O3。绝缘保护层可单层结构或者多层结构。
实施例2
本实施例,如图9所示,与实施例1的区别在于,该实施例的p电极的两条引线81和83没有如实施例1中的端部,其他部分是相同的。
实施例3
如图10所示,同实施例1的区别为,本实施例中第二电极只有两条电极引线,无第二电极至第一电极直线状延伸的电极引线,且第一电极只有一条自第一电极向第二电极直线状延伸的电极引线。
实施例4
如图11所示,本实施例中第二电极只有一条电极引线,该电极引线包括一弯曲的与第二电极连接的连接段和从所述连接段自第一电极延伸的延伸段,且第一电极只有一条自第一电极向第二电极直线状延伸的电极引线。
实施例5
如图12所示,同实施例1的区别为,本实施例中,第一电极具有多条引线,至少一条第一电极引线包括与第一电极连接的连接段和从所述连接段向第二电极延伸的延伸段,所述第一电极延伸段自所述第一电极连接段延伸出去逐渐靠近第二电极的第一部分和自第一部分延伸出去逐渐靠近第二电极的第二部分,所述第一部分的宽度自延伸方向是分段变窄的,所述第二部分的宽度是固定不变的。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (27)
1.一种半导体发光元件,包括:
第一导电型半导体层和第二导电型半导体层;
第一电极和第二电极,分别配置于所述第一导电型半导体层和第二导电型半导体层上,并位于半导体发光元件的同一面侧;
至少一条第二电极引线,包括与所述第二电极连接的连接段,从所述连接段向第一电极延伸的延伸段;
其特征在于:所述第二电极引线延伸段具有自所述第二电极引线连接段延伸至逐渐靠近第一电极的第一部分和自第一部分延伸逐渐靠近第一电极的第二部分,所述第一部分的宽度在延伸方向呈递减变化,所述第二部分的宽度是固定不变的。
2.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件,其特征在于,所述第二电极引线延伸段的第一部分的宽度自延伸方向以固定的变化率呈线性变窄。
3.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件,其特征在于,所述第二电极引线延伸段的第一部分的宽度自延伸方向分段变窄,每段的宽度是固定不变的或者每段的宽度具有不同的变化率。
4.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件,其特征在于,所述第二电极引线延伸段的第一部分的宽度自一水平的延伸方向呈递减变化。
5.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件,其特征在于,所述第二电极引线连接段向接近第一电极的方向弯曲或向接近第一电极的方向直线地延伸。
6.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件,其特征在于,所述第二电极引线为多条,其中至少一条第二电极引线连接段向接近第一电极的方向弯曲,其中一条第二电极引线向接近第一电极的方向直线地延伸。
7.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件,其特征在于,所述第二电极引线连接段的宽度是固定不变的,其宽度范围为2um~30um。
8.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件,其特征在于,所述第二电极引线连接段的宽度沿着远离第二电极的延伸方向变窄,连接段的末端宽度为连接段起始宽度的75%~95%。
9.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件,其特征在于,所述第二电极引线延伸段的第二部分的宽度范围为0.5um~10um。
10.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件,其特征在于,所述第二电极引线连接段的宽度大于第二电极延伸段第二部分的宽度。
11.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件,其特征在于,所述第二电极引线延伸段的第二部分为直线状地延伸。
12.根据权利要求1所述的半导体发光元件,其特征在于,所述第二电极引线延伸段的第二部分向逐渐靠近第一电极的方向弯曲。
13.根据权利要求11所述的一种半导体发光元件,其特征在于,所述第二电极引线延伸段还包括一端部,该端部连接所述第二电极引线延伸段的第二部分,且宽度固定不变,向逐渐靠近第一电极的方向弯曲。
14.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件,其特征在于,所述第二电极引线延伸段的末端至第一电极的距离为20~300 um。
15.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件,其特征在于,所述第二电极引线延伸段的第一部分的长度占整个第二电极引线延伸段长度的20%~80%。
16.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件,其特征在于,所述第二电极引线延伸段的第一部分的长度占整个第二电极引线延伸段长度的40%~60%。
17.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件,其特征在于,所述第二电极引线连接段的宽度为第二电极引线延伸段第二部分宽度的1.5~3倍。
18.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件,其特征在于,所述第一电极具有多条引线,至少一条引线包括与第一电极连接的连接段和从所述连接段向第二电极延伸的延伸段,所述第一电极引线延伸段自所述第一电极引线连接段延伸出去并逐渐靠近第二电极的第一部分和自第一部分延伸出去并逐渐靠近第二电极的第二部分,所述第一电极延引线伸段的第一部分的宽度沿着远离第一电极的延伸方向是递减变化的,所述第二部分的宽度是固定不变的。
19.根据权利要求18所述的一种半导体发光元件,其特征在于,所述第一电极引线延伸段的第一部分的宽度自延伸方向以固定的变化率呈线性变窄。
20.根据权利要求18所述的一种半导体发光元件,其特征在于,所述第一电极引线延伸段的第一部分的宽度自延伸方向分段变窄,每段的宽度是固定不变的或者每段的宽度具有不同的变化率。
21.根据权利要求18所述的一种半导体发光元件,所述第一电极引线连接段的宽度为第一电极引线延伸段第二部分的宽度为1.5~3倍。
22.根据根据权利要求18所述的一种半导体发光元件,所述第一电极引线延伸段的第一部分的长度占整个第一电极引线延伸段长度的20%~80%。
23.根据权利要求18所述的一种半导体发光元件,所述第一电极引线延伸段的第一部分的长度占整个第一电极引线延伸段长度的40%~60%。
24.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件,其特征在于,还包括透明导电层,形成于第二导电型半导体层上,与第二导电型半导体层形成欧姆接触。
25.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件,其特征在于,还包括位于第二导电型半导体层和第二电极及第二电极引线之间的电流阻挡层,所述电流阻挡层包括位于所述第二电极下方的电流阻挡层以及位于所述第二电极引线下方的电流阻挡层。
26.根据权利要求24或权利25所述的一种半导体发光元件,所述透明导电层具有暴露第二电极下方电流阻挡层的开口。
27.根据权利要求25所述的一种半导体发光元件,其特征在于:第二电极引线下方的电流阻挡层的宽度变化趋势与第二电极引线的宽度变化趋势一致。
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