CN116314525A - 一种大功率垂直结构led芯片结构及其电流阻挡层的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大功率垂直结构LED芯片结构及其电流阻挡层的制备方法，所述LED芯片从下到上依次包括导电基板、金属键合层、第一电极、第一半导体层、有源层、第二半导体层、电流阻挡层、第二电极；所述互补层与电流阻挡层的位置上下对应；所述电流阻挡层形成于第二半导体层的表面；所述第二电极形成于电流阻挡层的表面；所述第二电极包括焊盘、传输电极和传输注入电极，焊盘和传输电极的宽度均小于焊盘和传输电极下方的电流阻挡层的宽度，传输注入电极的宽度大于传输注入电极下方的电流阻挡层宽度，通过对第二电极与电流阻挡层的宽度设计，减小电极下方电流拥挤，提高了大功率LED电流扩展均匀性，提高了大电流下芯片的亮度。

Description

一种大功率垂直结构LED芯片结构及其电流阻挡层的制备 方法

技术领域

本发明涉及发光二极管领域，尤其是涉及一种大功率垂直结构LED芯片结构及其电流阻挡层的制备方法。

背景技术

半导体发光二极管（LED），在显示、照明领域有着重要应用。LED实际是通过受主掺杂层（P层）和施主掺杂层（N层）之间的有源区把电能转换成光能的一种器件，具有可控性好、响应快、寿命长、发光效率高、节能环保等优点，随着LED产业的发展，大功率LED越来越受到人们的青睐，大功率、高亮度的LED在汽车照明、户外照明、LCD背光、投影仪等众多领域有着广泛的应用。随着使用功率的提高，单位面积上注入的电流也要求越来越大，大功率LED仍然面临着发光效率、发光不均匀等技术难题。

目前的现有技术中，垂直结构LED的上电极通常采用Finger电流扩展金属层作为导电通道，在大电流密度条件下，电流集中于Finger的注入端，较难扩散到另一端，使得大功率LED局部区域的电流拥挤，发光不均匀，发光效率低。大功率LED的发光面发光不均匀，不仅会降低LED的发光亮度，还会导致LED芯片发热严重，降低LED芯片寿命。因此Finger型的电极不适用于大尺寸、大功率的LED芯片设计。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种能提高LED的发光亮度、降低LED芯片的发热量、延长LED芯片寿命的大功率垂直结构LED芯片结构，它克服了现有Finger型电极大功率LED发光不均匀、发光效率低的缺陷。

本发明的第二个目的在于提供一种大功率垂直结构LED芯片结构的电流阻挡层的制备方法。

本发明的第一个目的具体是这样实现的：

一种大功率垂直结构LED芯片结构，特征是：所述LED芯片从下到上依次包括导电基板、金属键合层、第一电极、第一半导体层、有源层、第二半导体层、电流阻挡层、第二电极；所述互补层与电流阻挡层的位置上下对应；所述电流阻挡层形成于第二半导体的表面；所述第二电极包括，至少一个焊盘、传输电极和传输注入电极；所述焊盘和传输电极形成于电流阻挡层表面的预定位置，传输电极位于焊盘的左右两侧及上侧，传输电极与焊盘组成一个封闭的环形；所述传输注入电极的一部分形成于第二半导体的表面，传输注入电极的剩余部分形成于电流阻挡层的表面，传输注入电极位于传输电极与焊盘组成一个封闭的环形内部；所述焊盘与传输电极连接，传输电极与传输注入电极连接，传输注入电极与焊盘不连接；所述焊盘和传输电极的电极宽度均小于焊盘和传输电极下方的电流阻挡层的宽度，传输注入电极的宽度大于传输注入电极下方的电流阻挡层宽度。

进一步的，所述焊盘的宽度为D_a，焊盘下方的电流阻挡层的宽度为W_a，W_a-D_a≥0.1nm；所述传输电极的宽度为D_b，传输电极下方的电流阻挡层的宽度为W_b，W_b-D_a≥0.1nm；所述传输注入电极的宽度为D_c，焊盘下方的电流阻挡层的宽度为W_c， D_c-W_c≥0.1nm；所述焊盘与传输注入电极之间的间距为d₀，d₀≥0.1nm。

进一步的，所述传输电极的宽度从远离焊盘到靠近焊盘呈渐变趋势；所述传输注入电极的宽度从远离传输电极到靠近传输电极呈渐变趋势。

进一步的，所述渐变趋势为从宽到窄、从窄到宽或从宽到窄再到宽。

进一步的，所述传输电极包括一个或多个U型电极；所述传输注入电极包括一个或多个条形电极。

进一步的，所述条形电极至少有一端与U型电极相连。

本发明的第二个目的具体是这样实现的：

一种大功率垂直结构LED芯片结构的电流阻挡层的制备方法，特征是：在第二半导体层的表面沉积介质层作为电流阻挡层；或在第二半导体层的表面进行离子轰击或离子注入，使第二半导体层的表面形成高阻区，作为电流阻挡层；或在第二半导体层的表面沉积与第二半导体层形成肖特基接触的金属层。

进一步的，所述电流阻挡层的厚度为1nm～10000nm。

进一步的，所述介质层为Al₂O₃、SiO₂、Si₃N₄、TiO₂、Ti₃O₅中的一种或多种。

进一步的，所述离子轰击或离子注入的离子源为：Ar、H、He、N、 F、Mg、Zn、O、Ti、Fe、Cr、Mn或Co中的任意一种或多种；离子轰击的离子能量从5KeV到 1000KeV。

进一步的，所述金属层的材料包括Al、Ti、Ag、Cu、Cr、Mn、Co、W等金属中的一种或多种。

本发明的第二电极包括焊盘、传输电极和传输注入电极，由于传输电极与焊盘连接，传输注入电极与传输电极连接，焊盘与传输注入电极不连接，电流通过焊盘注入后，由于焊盘及传输电极与第二半导体层不接触，电流不会注入焊盘及传输电极下方的第二半导体层，而是在传输电极中扩展，然后，再通过传输注入电极注入下方的第二半导体层中，改变了电流注入位置，避免电流拥挤在焊盘处。电流注入形式较普通的N-Finger注入形式，减少了因电流集中于Finger的注入端，较难扩散到Finger的另一端而损失的发光区面积，克服了现有Finger型电极大功率LED发光不均匀、发光效率低的缺陷，使得LED芯片在大电流下的电流扩展均匀性提高，同时提高了LED芯片的饱和特性和发光亮度。

附图说明

图1为本发明一种大功率垂直结构LED一个实施例的芯片结构剖面示意图；

图2为图1所示一种大功率垂直结构LED芯片结构第二电极示意图，图中1为焊盘、2为传输电极、3为传输注入电极；

图3为图1所示一种大功率垂直结构LED芯片结构电流阻挡层与第二电极宽度关系示意图；

图4 为本发明一种大功率垂直结构LED一个实施例示的第二电极宽度意图；

图5 为本发明一种大功率垂直结构LED芯片结构的一个实施例的芯片结构剖面示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将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行详细、清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

实施例1：

图1展示了一种大功率垂直结构LED芯片结构的一种实施例的剖面结构示意图，LED芯片从下到上包括：永久基板100、金属键合层101、第一电极102、互补层103、第一半导体层104、有源区105、第二半导体层106、电流阻挡层107、第二电极108，钝化层109。

钝化层109覆盖于LED芯片的外侧区域。

第二电极108由三个部分组成，如图2所示，1区域为焊盘，2区域为传输电极，3为传输注入电极。所述焊盘和传输电极形成于电流阻挡层表面的预定位置，传输电极位于焊盘的左右两侧及上侧，传输电极与焊盘组成一个封闭的环形；所述传输注入电极的一部分形成于第二半导体的表面，传输注入电极的剩余部分形成于电流阻挡层的表面，传输注入电极位于传输电极与焊盘组成一个封闭的环形内部；所述焊盘与传输电极连接，传输电极与传输注入电极连接，传输注入电极与焊盘不连接；

如图3所示，焊盘的宽度为D_a，焊盘下方的电流阻挡层107的宽度为W_a，W_a-D_a≥0.1nm；焊盘的宽度小于焊盘下方的电流阻挡层的宽度，焊盘完全形成于电流阻挡层之上，焊盘与第二半导体层106不接触，避免电流由焊盘直接注入第二半导体层106，减少焊盘及传输电极下方的电流拥挤。

传输电极的宽度为D_b，传输电极下方的电流阻挡层107的宽度为W_b，W_b-D_b≥0.1nm；传输电极的宽度小于传输电极下方的电流阻挡层的宽度，传输电极完全形成于电流阻挡层之上，因此电极与第二半导体层106不接触，避免电流由传输电极直接注入第二半导体层106，减少传输电极下方的电流拥挤。

传输注入电极的宽度为D_c，焊盘下方的电流阻挡层107的宽度为W_c， D_c-W_c≥0.1nm；传输注入电极的宽度小于传输注入电极下方的电流阻挡层的宽度，传输注入电极与第二半导体层106通过电流阻挡层107的外侧接触。电流由传输注入电极注入第二半导体层106，且在注入区的下方设电流阻挡层107目的在于减小传输注入电极下方的电流拥挤。

焊盘与传输注入电极之间的间距为d₀，d₀≥0.1nm。焊盘与传输注入电极不连接，避免焊盘注入的电流直接注入到传输注入电极，造成靠近焊盘的传输注入电极下方的电流拥挤。

电流阻挡层107形成于第二半导体层106上。

互补层103与电流阻挡层107的位置上下对应。互补层103进一步降低第二电极108下方的电流密度，使得焊盘和传输电极的下方不会形成电流拥挤。

互补层103的制备方法为在第一半导体层采用PECVD沉积一层有介质层。

电流阻挡层107的制备方法为在第二半导体层采用PECVD沉积一层有介质层。

电流阻挡层107与互补层103的厚度在1nm～10000nm之间，介质层的材料包括但不限于为Al₂O₃、SiO₂、Si₃N₄、TiO₂、Ti₃O₅中的一种或多种。

第一电极102兼具高反射率与低接触电阻，第一电极102的材料为NiAg，将LED芯片的衬底方向的光反射向出光面，提高出光效率。

在第二半导体层106的表面上形成粗化结构或光子晶体结构或增透膜结构，提高LED芯片表面的出光效率。

实施例2:

图4展示了一种第二电极宽度渐变的大功率垂直结构LED芯片结构的一个实施例示意图。图4展示的实施例与图1展示的实施例基本相同，区别在于：图4展示的实施例电极为一种宽度渐变的电极，传输电极的宽度从靠近焊盘到远离焊盘逐渐变窄；传输注入电极的宽度，从靠近传输电极一侧到远离传输电极一侧的电极宽度逐渐变窄。如图4所示，焊盘的宽度D_a保持不变；传输电极分为四部分，其中D_b1、 D_b2宽度保持不变，D_b1＞ D_b2；D_b4、D_b3为渐变宽度，从两侧到中间的宽度逐渐变窄，总体D_b4＞ D_b3；传输注入电极的宽度从远离传输电极到靠近传输电极逐渐变窄。通过渐变电极能够在保持电流扩展情况下，最大程度增大LED芯片的有效出光面，减少电极挡光。

实施例3:

图5展示了一种大功率垂直结构LED芯片结构的一个实施例的芯片结构剖面示意图。图5展示的实施例与图1展示的实施例基本相同，区别在于:互补层103的制备方法为，采用离子注入的方法在第一半导体层的表面形成高阻区；阻挡层107的制备方法为，采用的离子注入的方法在第二半导体层的表面形成高阻区，且此结构没有侧壁的钝化层。

以上实施例所述仅表达了本发明的技术实施方式，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)

1.一种大功率垂直结构LED芯片结构，其特征在于：所述LED芯片从下到上依次包括导电基板、金属键合层、第一电极、第一半导体层、有源层、第二半导体层、电流阻挡层、第二电极；所述互补层与电流阻挡层的位置上下对应；所述电流阻挡层形成于第二半导体的表面；所述第二电极包括，至少一个焊盘、传输电极和传输注入电极；所述焊盘和传输电极形成于电流阻挡层表面的预定位置，传输电极位于焊盘的左右两侧及上侧，传输电极与焊盘组成一个封闭的环形；所述传输注入电极的一部分形成于第二半导体的表面，传输注入电极的剩余部分形成于电流阻挡层的表面，传输注入电极位于传输电极与焊盘组成一个封闭的环形内部；所述焊盘与传输电极连接，传输电极与传输注入电极连接，传输注入电极与焊盘不连接；所述焊盘和传输电极的电极宽度均小于焊盘和传输电极下方的电流阻挡层的宽度，传输注入电极的宽度大于传输注入电极下方的电流阻挡层宽度。

2.根据权利要求1所述的大功率垂直结构LED芯片结构，其特征在于：所述焊盘宽度为D_a，焊盘下方的电流阻挡层的宽度为W_a，W_a-D_a≥0.1nm；所述传输电极的宽度为D_b，传输电极下方的电流阻挡层的宽度为W_b，W_b-D_a≥0.1nm；所述传输注入电极的宽度为D_c，焊盘下方的电流阻挡层的宽度为W_c， D_c-W_c≥0.1nm；所述焊盘与传输注入电极之间的间距为d₀，d₀≥0.1nm。

3.根据权利要求1所述的大功率垂直结构LED芯片结构，其特征在于：所述传输电极的宽度从远离焊盘到靠近焊盘呈渐变趋势；所述传输注入电极的宽度从远离传输电极到靠近传输电极呈渐变趋势。

4.根据权利要求3所述的大功率垂直结构LED芯片结构，其特征在于：所述渐变趋势为从宽到窄、从窄到宽或从宽到窄再到宽。

5.根据权利要求1所述的大功率垂直结构LED芯片结构，其特征在于：所述传输电极包括一个或多个U型电极；所述传输注入电极包括一个或多个条形电极。

6.根据权利要求5所述的大功率垂直结构LED芯片结构，其特征在于：所述条形电极至少有一端与U型电极相连。

7.一种大功率垂直结构LED芯片结构的电流阻挡层的制备方法，其特征在于：在第二半导体层的表面沉积介质层作为电流阻挡层，所述介质层为Al₂O₃、SiO₂、Si₃N₄、TiO₂、Ti₃O₅中的一种或多种；或在第二半导体层的表面进行离子轰击或离子注入，使第二半导体层的表面形成高阻区，作为电流阻挡层；或在第二半导体层的表面沉积与第二半导体层形成肖特基接触的金属层。

8.根据权利要求7所述的大功率垂直结构LED芯片结构的电流阻挡层的制备方法，其特征在于：所述电流阻挡层的厚度为1nm～10000nm。

9.根据权利要求7所述的大功率垂直结构LED芯片结构的电流阻挡层的制备方法，其特征在于：所述离子轰击或离子注入的离子源为：Ar、H、He、N、 F、Mg、Zn、O、Ti、Fe、Cr、Mn或Co中的任意一种或多种；离子轰击的离子能量从5KeV到 1000KeV。

10.根据权利要7所述的大功率垂直结构LED芯片结构的电流阻挡层的制备方法，其特征在于：金属层的材料包括Al、Ti、Ag、Cu、Cr、Mn、Co、W等金属中的一种或多种。

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