CN112490303A - n面出光为特定几何图形的AlGaInP薄膜LED芯片结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种n面出光为特定几何图形的AlGaInP薄膜LED芯片结构，所述LED芯片包括基板、粘结保护层、p电极，在p电极的上面设有图形化外延层；图形化外延层从下至上依次包括：p型层、发光层、n型层、n型欧姆接触层；在图形化外延层上面设有钝化层和n电极；n电极与图形化外延层接触的区域为n型欧姆接触层；所述的图形化外延层形状为特定平面几何图形。本发明应用于指示、显示等领域，具有光的品质更佳、光的显指更高等优点，并且更加节能和有利于批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及半导体发光器件技术领域，尤其是涉及一种n面出光为特定几何图形的AlGaInP薄膜LED芯片结构。
背景技术
与GaAs晶格匹配的AlGaInP材料可覆盖从560nm到650nm范围的可见光波长，是制备长波长LED的优良材料。目前全彩显示中的红光主要来源于AlGaInP薄膜LED，其在显示、照明领域有着重要应用。
随着社会的进步，VR/AR的兴起，LED发光图形存在更加多样化的需求，尤其是特种指示、显示领域中，具有各种形状与文字的发光图形备受青睐。但是传统方案中实现特定发光图形，通常采用光遮挡片的方案，这样对于光源而言，存在着光的利用不足、光源耗能大的问题，且实现的发光图形效果和图案的丰富性都存在较大局限性。所以对于特定发光图形，如果在LED芯片制造中能够直接实现，不仅避免了由于灯具的二次设计带来的光源损耗及成本问题，同时也提高了发光图形的显示效果。
芯片结构有p面出光及n面出光两种。常规p面出光的LED芯片结构，GaAs衬底没有剥离，存在较大的吸光问题。n面出光的反极性AlGaInP薄膜LED芯片结构，将芯片薄膜从GaAs衬底上剥离并转移到导电导热性能较好的基板上，有效地提高发光效率。
制备高光效的发光面为特定图形的AlGaInP薄膜LED芯片结构，需要进行衬底的剥离，并设计各种图形化的芯片结构。照射出的发光图形具有更高的光效，更加节能，同时，有利于批量生产。通过在芯片发光区设计不同的发光形状，同时也可在同一个芯片上设置不同形状的发光图案，且可实现对每个发光图案的单独控制，该类芯片应用灵活性较强，并且对于特定的指示显示市场具有较好的应用前景。
在常规LED芯片结构的设计上可通过n电极遮光方式实现出光面为特定几何图形，但这种技术方案存在光效低、耗能大且芯片内部产热多影响器件可靠性的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种n面出光为特定几何图形的AlGaInP薄膜LED芯片结构。
本发明的目的是这样实现的：
n面出光为特定几何图形的AlGaInP薄膜LED芯片结构，特征是：所述LED芯片包括基板、键合金属层、粘结保护层、p电极；在p电极的上面设有图形化外延层，图形化外延层的形状为特定几何图形；图形化外延层从下至上依次包括p型层、发光层、n型层、n型欧姆接触层；在图形化外延层的上面设有pn结钝化层，在pn结钝化层上设有n电极；pn结钝化层和n电极要求全部覆盖住图形化外延层的侧壁，n电极与图形化外延层接触的区域为n型欧姆接触层，出光面为n型层上未被n电极遮挡的图形化外延层区域。
优选地，所述图形化外延层的侧壁倾角为1~179°。
所述的图形化外延层和pn结钝化层的俯视图形状具有互补的特征。
优选地，所述图形化外延层和pn结钝化层的俯视图的形状具有互补的特征。
优选地，所述p电极具有高反射率，且与图形化外延层形成欧姆接触；p电极为具有高反射率的金属单层，或为具有高反射的金属叠层，或为介质层与金属层的双层结构，金属层为金属单层或金属叠层，金属层与图形化外延层的接触区域形成LED芯片的p电极欧姆接触。
优选地，所述介质层的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧硅、聚酰亚胺、氧化铝、氮化铝、氧化钛中的一种单层或多种叠层。
优选地，所述n电极为单层结构，或为反射层与电极层的双层结构，或为多叠层结构；n电极的材料或为ITO，或为Ni、Au、Ge、Cr、Pt、Al、Ti中的一种或多种；所述反射层与pn结钝化层的形状相同，所述反射层为具有高反射率的金属单层，或具有高反射率的叠层结构；所述反射层的材料为Ag、Al、Pt、Rh、Au、Ni中的一种或多种，或由介质层材料构成的DBR结构；所述电极层为具有良好欧姆接触的材料。
优选地，所述n型欧姆接触层的材料为GaAs或AlGaInP。
优选地，所述出光面处的n型层为粗化结构，所述n型欧姆接触层为非粗化结构，所述粗化结构与n型欧姆接触层的俯视图形能拼接为图形化外延层的俯视图形。
优选地，所述n电极的厚度为0.1μm～10μm，所述p电极的厚度为0.05μm～1μm，所述pn结钝化层的厚度为0.01μm～10μm，所述粘结保护层的厚度为0.1μm～10μm，所述键合金属层的厚度为0.5μm～10μm，所述基板的厚度为50μm～600μm。
优选地，所述同一颗LED芯片上能同时设置多个分离的特定几何图形的外延层，且能分别设置独立的p电极和n电极实现对每个图形化外延层出光的单独控制；所述特定几何图可为圆形、圆环、三角形、矩形、多边形、特殊字符、不规则图形这些图形。
本发明应用于指示、显示等领域，具有光的品质更佳、光的显指更高等优点，并且更加节能和有利于批量生产。
附图说明
图1为本发明图形化外延层与衬底结构的剖面示意图；
图2为本发明一种n面出光为特定几何图形的AlGaInP薄膜LED芯片结构的剖面示意图；
图3为本发明一种n面出光为特定几何图形且表面无粗化的AlGaInP薄膜LED芯片结构的剖面示意图；
图4为本发明一种n面出光为特定几何图形且无反射层的AlGaInP薄膜LED芯片结构的剖面示意图；
图5为本发明一种n面出光为特定几何图形且无反射层与介质层的AlGaInP薄膜LED芯片结构的剖面示意图；
图6为本发明一种n面出光为特定几何图形且外延层侧壁倾斜的AlGaInP薄膜LED芯片结构的剖面示意图；
图7是本发明的一种发光面为圆形形状的LED芯片的俯视图；
图8是本发明的一种发光面为圆+圆环单独控制的LED芯片的俯视图；
其中，000-图形化外延层；100-外延层；101-衬底；102-腐蚀截止层；103-n型欧姆接触层；104-n型层；105-发光层；106-p型层；201-基板；202-键合金属层；203-粘结保护层；204-p电极；205-介质层；206-金属层；207-pn结钝化层；208-n电极；209-反射层；210-电极层。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进一步说明。此外，本发明的附图均采用非常简化的非精准比例，仅用以方便、明晰的辅助说明本发明。
如图1所示，一种n面出光为特定几何图形的AlGaInP薄膜LED芯片外延层100与衬底101结构的剖面示意图，按照外延生长先后顺序，自下而上包括衬底101、腐蚀截止层102、n型欧姆接触层103、n型层104、发光层105以及p型层106。
如图2所示，一种n面出光为特定几何图形的AlGaInP薄膜LED芯片从下至上依次包括基板201、键合金属层202、粘结保护层203、p电极204，基板201的厚度为50μm～600μm，键合金属层202的厚度为0.5μm～10μm，粘结保护层203的厚度为0 .1μm～10μm，p电极204厚度为0.05μm～1μm。p电极204包括介质层205和金属层206，p电极204的中间上面设有图形化外延层000。图形化外延层000的形状为特定几何图形；图形化外延层000从下至上依次包括p型层106、发光层105、n型层104、n型欧姆接触层103；其中，p电极204与图形化外延层000形成欧姆接触，且具有高反射率。p电极204为具有高反射率的金属单层，或为具有高反射的金属叠层，或为介质层205与金属层206双层结构，介质层205导电性差，介质层205的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧硅、聚酰亚胺、氧化铝、氮化铝、氧化钛中的一种单层或多种叠层。金属层206与图形化外延层000的接触区域为LED芯片的p电极204的欧姆接触层。介质层205能帮助提高p电极204的反射率，同时能作为p电极204的钝化及电流阻挡结构。在图形化外延层000的上面设有pn结钝化层207，图形化外延层000和pn结钝化层207的俯视图形状具有互补的特征。在pn结钝化层207上设有n电极208，pn结钝化层207和n电极208要求全部覆盖住图形化外延层000的侧壁。pn结钝化层207的厚度为0.01μm～10μm，n电极208的厚度为0.1μm～10μm。n电极208为单层结构，或为反射层209与电极层210双层结构，或为叠层结构；n电极208的材料或为ITO，或为Ni、Au、Ge、Cr、Pt、Al、Ti其中一种或多种；所述反射层209与pn结钝化层207形状相同，所述反射层209为具有高反射率的金属单层，或具有高反射率的叠层结构；所述反射层209的材料为Ag、Al、Pt、Rh、Au、Ni中的一种或多种，或由介质层205材料构成的DBR结构。n电极208与图形化外延层000接触的区域为n型欧姆接触层103；n型欧姆接触层103的材料为GaAs或AlGaInP。出光面为n型层104上未被n电极208遮挡的图形化外延层区域。
其中，所述出光面处的n型层104为粗化结构，所述n型欧姆接触层103为非粗化结构，所述粗化面与n型欧姆接触层103的俯视图形能拼接为图形化外延层000的俯视图形。
如图3所示，一种n面出光为特定几何图形且表面无粗化的AlGaInP薄膜LED芯片结构的剖面示意图；所述出光面处的n型层104为非粗化结构。
如图4所示，一种n面出光为特定几何图形且无反射层209的AlGaInP薄膜LED芯片，n电极208能为Ni、Au、Ge、Cr、Pt、Al、Ti其中一种或多种；n电极208不设反射层209。
如图5所示，一种n面出光为特定几何图形且无反射层209与介质层205的AlGaInP薄膜LED芯片，p电极204能为具有高反射率的金属单层，或为具有高反射的金属叠层，不设介质层205。
如图6所示，一种n面出光为特定几何图形且外延层侧壁倾斜的AlGaInP薄膜LED芯片，图形化外延层000的侧壁倾角为1~179°。
如图7所示，本发明的一种发光面为圆形形状的LED芯片的俯视图，图7(a)为不同层结构的特征尺寸汇总，图7(b)为图形化外延层000具有圆形形状，图7(c)为介质层205图形，图7(d)为n电极208图形，图7(e)为pn结钝化层207图形，图7(f)为n型欧姆接触层103图形；介质层205、pn结钝化层207以及n电极208形状相同，且都与图形化外延层000形状形成互补，发光面以外的n电极208的图形是能够特定设计的，有n电极208的地方都能作为焊盘。同时n电极208与图形化外延层000接触的区域为n型欧姆接触层103，n型层104表面能进行粗化的区域的俯视图形与n型欧姆接触层103俯视图形可拼接为图形化外延层000俯视图形。图形化外延层000的区域外不发光，因此，图4所示意的芯片发光面形状为一个标准圆形。其中特征尺寸d的逻辑关系为：d1＜ d2＝d3＜d4＝d5＜d6，其中d1、d2、d3、d4、d5、d6分别代表介质层205、n电极208、n型欧姆接触层103内圈、n型欧姆接触层103外圈、pn结钝化层207、发光层105的直径。
如图8所示，本发明的一种发光面为圆+圆环单独控制的LED芯片的俯视图，图8(a)为不同层结构的特征尺寸汇总，图8(b)为图形化外延层000具有圆+圆环形状，图8(c)为介质层205图形，图8(d)为n型欧姆接触层103图形，图8(e)为引出焊盘的n电极208图形，图8(f)为n电极208图形，图8(g)为pn结钝化层207图形；图形化外延层000具有圆形+圆环形状，实现在同一颗LED芯片上能同时设置多个分离的特定几何图形，且能分别设置独立的p电极204和n电极208实现对每个图形化外延层000出光的单独控制。介质层205的形状是由镂空小孔围成，发光面处的pn结钝化层207和n电极208形状相同，pn结钝化层207形状与图形化外延层000形状形成互补，发光面以外的n电极208图形是可以特定设计的，通过对n电极引出焊盘的设计且焊盘尺寸没有限定，进而实现对每个图形化外延层000出光的单独控制。同时n电极208与图形化外延层000接触的区域为n型欧姆接触层103，n型层104表面能进行粗化的区域的俯视图形与n型欧姆接触层103俯视图形可拼接为图形化外延层000俯视图形。图形化外延层000区域外不发光，因此，图8所示意的芯片发光面形状为圆+圆环。其中特征尺寸d的逻辑关系为：d11＜d12＝d13＜d14＝d15＜d16＜d17，其中d11、d12、d13、d14、d15、d16、d17分别代表介质层205、n电极208内圈、n型欧姆接触层103内圈、n型欧姆接触层103外圈、pn结钝化层207、发光层105、n电极208外圈的直径；d21＜d22＝d23＜d24＝d25＜d26＜d27，其中d21代表介质层205圆心圆直径，d22、d23、d24、d25、d26、d27分别代表n电极208内圈、n型欧姆接触层103内圈、n型欧姆接触层103外圈、pn结钝化层207、发光层105、n电极208外圈的内圆直径；d31＝d32＜d33＝d34＜d35＜d36，d31、d32、d33、d34、d35、d36分别代表n电极208内圈、n型欧姆接触层103内圈、n型欧姆接触层103外圈、pn结钝化层207、发光层105、n电极208外圈的外圆直径；l1=l2＜l3＝l4＜l5＜l6，l1、l2、l3、l4、l5、l6分别代表n电极208内圈、n型欧姆接触层103内圈、n型欧姆接触层103外圈、pn结钝化层207、发光层105、n电极208外圈的开口间距。
以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但不能因此而理解为对本发明专利的限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.n面出光为特定几何图形的AlGaInP薄膜LED芯片结构，其特征在于：所述LED芯片包括基板、键合金属层、粘结保护层、p电极；在p电极的上面设有图形化外延层，图形化外延层的形状为特定几何图形；图形化外延层从下至上依次包括p型层、发光层、n型层、n型欧姆接触层；在图形化外延层的上面设有pn结钝化层，在pn结钝化层上设有n电极；pn结钝化层和n电极要求全部覆盖住图形化外延层的侧壁，n电极与图形化外延层接触的区域为n型欧姆接触层，出光面为n型层上未被n电极遮挡的图形化外延层区域。
2.根据权利要求1所述的n面出光为特定几何图形的AlGaInP薄膜LED芯片结构，其特征在于：所述的外延层侧壁倾角为1~179°。
3.根据权利要求1所述的n面出光为特定几何图形的AlGaInP薄膜LED芯片结构，其特征在于：所述的图形化外延层和pn结钝化层的俯视图形状具有互补的特征。
4.根据权利要求1所述的n面出光为特定几何图形的AlGaInP薄膜LED芯片结构，其特征在于：所述p电极具有高反射率，且与图形化外延层形成欧姆接触；p电极为具有高反射率的金属单层，或为具有高反射的金属叠层，或为介质层与金属层的双层结构，金属层为金属单层或为金属叠层，金属层与图形化外延层的接触区域形成LED芯片的p电极欧姆接触。
5.根据权利要求4所述的n面出光为特定几何图形的AlGaInP薄膜LED芯片结构，其特征在于：所述的介质层材料为氧化硅、氮化硅、氮氧硅、聚酰亚胺、氧化铝、氮化铝、氧化钛中的一种单层或多种叠层。
6.根据权利要求1所述的n面出光为特定几何图形的AlGaInP薄膜LED芯片结构，其特征在于：所述n电极为单层结构；或为反射层与电极层双层结构；或为多叠层结构；n电极材料或为ITO；或为Ni、Au、Ge、Cr、Pt、Al、Ti其中一种或多种；所述反射层与pn结钝化层结构相同，所述反射层为具有高反射率的金属单层，或具有高反射率的叠层结构；所述反射层的材料为Ag、Al、Pt、Rh、Au、Ni中的一种或多种，或由介质层材料构成的DBR结构。
7.根据权利要求1所述的n面出光为特定几何图形的AlGaInP薄膜LED芯片结构，其特征在于：所述n型欧姆接触层的材料为GaAs或AlGaInP。
8.根据权利要求1所述的n面出光为特定几何图形的AlGaInP薄膜LED芯片结构，其特征在于：所述出光面处的n型层可为粗化结构，所述n型欧姆接触层可为非粗化结构，所述粗化结构与n型欧姆接触层的俯视图形可拼接为图形化外延层的俯视图形。
9.根据权利要求1所述的n面出光为特定几何图形的AlGaInP薄膜LED芯片结构，其特征在于：所述n电极厚度为0.1μm～10μm，所述的p电极厚度为0.05μm～1μm，所述的pn结钝化层厚度为0.01μm～10μm，所述的粘结保护层的厚度为0.1μm～10μm，所述的键合金属层的厚度为0.5μm～10μm，所述的基板的厚度为50μm～600μm。
10.根据权利要求1所述的n面出光为特定几何图形的AlGaInP薄膜LED芯片结构，其特征在于：所述同一颗LED芯片上可同时设置多个分离的特定几何图形的外延层，且可分别设置独立的p电极和n电极实现对每个图形化外延层出光的单独控制；所述特定几何图可为圆形、圆环、三角形、矩形、多边形、特殊字符、不规则图形这些图形。
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