CN116469983A - 一种led芯片 - Google Patents

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CN116469983A CN202310579771.XA CN202310579771A CN116469983A CN 116469983 A CN116469983 A CN 116469983A CN 202310579771 A CN202310579771 A CN 202310579771A CN 116469983 A CN116469983 A CN 116469983A
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electrode
conductive
curved
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杨人龙
张丽明
郑逸
张中英
邓有财
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Abstract

本发明提供一种LED芯片，该芯片包括衬底、形成在衬底表面的外延层，以及第一电极结构和第二电极结构，其中，电极结构在第一方向上延伸的尺寸小于其在与第一方向垂直的第二方向上延伸的尺寸，即，第一电极结构和第二电极结构形成为长边沿第二方向延伸的长条形结构，且二者在第一方向上平行排布。长条形的电极结构使电流在第一电极结构和第二电极结构之间的传导路径平行且等距，避免了现有技术中电流在圆形电极结构之间传导时的最短路径，从而解决了电流拥挤效应引发熔融击穿的问题；此外，长条状的电极结构也能使电流的扩展更加均匀，进而提高芯片的发光效率。

Description

一种LED芯片
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体的，涉及一种LED芯片。
背景技术
随着LED显示技术的迅速发展，具有优良显示效果的Mini LED甚至Micro LED已经成为行业研究热点。然而，Mini LED或Micro LED在生产、运输、加工过程中容易出现静电放电现象(Electro-Static discharge，ESD)，即静电电荷在LED芯片的两个电极之间进行放电，导致LED芯片局部烧熔，从而造成漏电以及短路的现象。究其原因，一方面由于Mini LED或Micro LED的尺寸较小，瞬时释放的高电流局限在小区域，电流密度过高导致局部烧熔；另一方面，由于当前LED芯片电极设计主要为圆形，放电时电流集中在P电极边缘(靠近N电极一侧)，产生电流拥挤效应，从而导致该区域容易发生熔融击穿现象。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提出了一种LED芯片，本发明的LED芯片包括衬底、形成在衬底表面的外延层，以及第一电极结构和第二电极结构，其中，第一电极结构和第二电极结构均为沿第二方向延伸的长条形结构，且二者在与第二方向垂直的第一方向上平行排布。长条状的电极结构使电流在第一电极结构和第二电极结构之间的传导路径平行且等距，避免了现有技术中电流在圆形电极结构之间传导时的最短路径，从而解决了电流拥挤效应引发熔融击穿的问题；此外，长条状的电极结构也能使电流的扩展更加均匀，进而提高芯片的发光效率。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种LED芯片，所述LED芯片包括：
衬底；
外延层，形成在所述衬底的表面，所述外延层包括依次叠置的第一半导体层、有源层及第二半导体层，所述第一半导体层形成第一台面，所述第一半导体层、第二半导体层和所述有源层形成高于所述第一台面的第二台面；
电极结构，包括第一电极结构和第二电极结构，所述第一电极结构形成在所述第一台面的表面上，与所述第一半导体层连接，所述第二电极结构形成在所述第二台面的表面上，与所述第二台面的第二半导体层连接，所述第一电极结构与第二电极结构在第一方向上并列排布；
其中，所述电极结构在第一方向上延伸的尺寸小于其在与第一方向垂直的第二方向上延伸的尺寸。
可选地，所述电极结构为矩形。
可选地，所述电极结构为由两条相对的直边和两条相对的弧形边形成的轴对称图形，其对称轴沿所述第一方向，且与所述两条相对的直边平行。
可选地，在所述第一方向上，所述电极结构中的所述第一电极结构的两条弧形边向远离所述第二电极结构的方向弯曲，所述电极结构中的所述第二电极结构的两条弧形边向远离所述第一电极结构的方向弯曲。
可选地，在所述第一方向上，所述电极结构中的所述第一电极结构的两条形弧边向靠近所述第二电极结构的方向弯曲，所述电极结构中的所述第二电极结构的两条弧形边向远离所述第一电极结构的方向弯曲。
可选地，所述弧形边在所述第一方向上的弯曲距离小于等于2μm。
可选地，所述电极结构包括电流扩展条和至少一个传导节点，所述电流扩展条和所述传导节点形成连续结构；所述传导节点在所述第二方向上的延伸距离小于所述电流扩展条在所述第二方向上的延伸距离；所述传导节点在所述第一方向上的延伸距离大于所述电流扩展条在所述第一方向上的延伸距离。
可选地，所述电极结构中的所述传导节点设置在所述第一电极结构和所述第二电极结构彼此相对的一侧。
可选地，所述第一电极结构的传导节点位于所述第一电极结构靠近所述第二电极结构的一侧，所述第二电极结构的传导节点位于所述第二电极结构远离所述第一电极结构的一侧。
可选地，在所述第一电极结构的传导节点对应的位置处，所述第一台面和所述第二台面的交界线在第一方向上向第二台面弯曲，并且所述交界线的弯曲距离小于等于所述第一电极结构与所述第二电极结构之间水平距离的15％。
可选地，所述第一电极结构的传导节点数量与所述第二电极结构的传导节点数量相同或者不同。
可选地，当所述第一电极结构的传导节点与所述第二电极结构的传导节点数量不同时，所述第一电极结构和所述第二电极结构的传导节点彼此交错设置。
可选地，还包括绝缘保护层，所述绝缘保护层形成在所述第一台面和第二台面的表面。
可选地，还包括：
第一焊盘，形成在所述绝缘保护层上方与所述第一电极结构电性连接；
第二焊盘，形成在所述绝缘保护层上方与所述第二电极结构电性连接。
本发明提供的LED芯片，至少具有以下有益效果：
本发明的LED芯片包括衬底、形成在衬底表面的外延层，以及第一电极结构和第二电极结构，其中，电极结构在第一方向上延伸的尺寸小于其在与第一方向垂直的第二方向上延伸的尺寸，即，第一电极结构和第二电极结构形成为长边沿第二方向延伸的长条形结构，且二者在第一方向上平行排布。长条状的电极结构使电流在第一电极结构和第二电极结构之间的传导路径平行且等距，避免了现有技术中电流在圆形电极结构之间传导时的最短路径，从而解决了电流拥挤效应引发熔融击穿的问题；此外，长条状的电极结构也能使电流的扩展更加均匀，进而提高芯片的发光效率。
另外，本发明的电极结构还可以包括电流扩展条和传导节点，并且传导节点在第二方向上的延伸距离小于电流扩展条在所述第二方向上的延伸距离；传导节点在所述第一方向上的延伸距离大于电流扩展条在第一方向上的延伸距离。上述电流扩展条形成了在第二方向上延伸的长条状结构，即，第一电极结构和第二电极结构的电流扩展条形成相互平行的结构。综合上述两方面的结构特点，具有电流扩展条和传导节点的电极结构同样能够避免电荷在某一点的集中，避免由此引发的熔融击穿问题，增加芯片的可靠性。
本发明的电极结构中传导节点的数量可以根据LED芯片的实际尺寸或者有效面积进行调整，增加了电极结构的设计灵活性和多样性。
附图说明
图1显示为实施例一提供的LED芯片的剖面结构示意图。
图2显示为实施例一提供的LED芯片的电极结构俯视图。
图3～图4显示为实施例二提供的LED芯片的电极结构俯视图。
图5～图6显示为实施例三提供的LED芯片的电极结构俯视图。
图7显示为实施例四提供的LED芯片的电极结构俯视图。
图8～图9显示为实施例五提供的LED芯片的电极结构俯视图。
元件标号说明
1 衬底 40 通孔
2 外延层 51 第一电极结构
21 第一半导体层 52 第二电极结构
22 有源层 511 第一电极结构的电流扩展条
23 第二半导体层 512 第一电极结构的传导节点
210 第一台面 521 第二电极结构的电流扩展条
220 第二台面 522 第二电极结构的传导节点
3 电流扩展层 61 第一焊盘
4 电流阻挡层 62 第二焊盘
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它优点与功效。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，虽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形态、数量、位置关系及比例可在实现本方技术方案的前提下随意改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
实施例一
本实施例提供一种LED芯片，如图1所示，所述LED芯片包括：衬底1，形成在衬底1表面的外延层2，电流扩展层3，电流阻挡层4，以及第一电极结构51和第二电极结构52。
上述衬底1可以是蓝宝石衬底、碳化硅衬底等任意适合的衬底。本实施例以蓝宝石衬底为例。
外延层2包括依次叠置的第一半导体层21、有源层22及第二半导体层23。如图1所示，上述外延层2形成不同的台面结构，其中，第一半导体层21形成第一台面210，第一半导体层21、第二半导体层23和有源层22形成高于所述第一台面的第二台面220。在可选实施例中，第二台面220还可以同时包括部分第一半导体层21。
作为示例，外延层2是氮化镓基外延层，第一半导体层21为n型掺杂的氮化镓，例如掺杂Si、Ge、或者Sn的n型氮化镓；所述第二半导体层23为p型掺杂的氮化镓，例如掺杂Mg、Zn、Ca、Sr、或者Ba的p型氮化镓；有源层22为能够提供光辐射的材料，可以是单量子阱层或多量子阱层，在本实施例中，所述有源层22为多量子阱层。
外延层2的上方还形成有第一电极结构51和第二电极结构52。第一电极结构51形成在第一台面210的表面上，与第一半导体层21连接；第二电极结构52形成在第二台面220的表面上，与第二半导体层23连接。作为示例，第一电极结构51与第一半导体层之间可以包括N型扩展层(未在图中示出)，第二电极结构52与第二半导体层之间可以包括P型扩展层，即电流扩展层的3。作为示例，电流扩展层3的材料可以选自ITO、WO3、IWO中的一种或几种，在本实施例中，电流扩展层3的材料为ITO。
在本实施例中，如图2所示，第一电极结构51和第二电极结构52均为长方形，且二者在第一方向(图2所示X方向)上并列排布，所述长方形的短边沿第一方向(图2所示X方向)延伸，其长边沿与第一方向垂直的第二方向(图2所示的Y方向)延伸，电流在第一电极结构51和第二电极结构52之间的传导路径如图2箭头所示，即电流在二者之间的多个传导路径平行且等距，不存在最短路径，从而避免了电流拥挤效应引发熔融击穿的问题。
本实施例中，如图2所示，第一电极结构和第二电极结构示为标准矩形结构，应该理解的是，第一电极结构和第二电极结构也可以是在四个角上形成圆角的类似腰形结构。
仍然参照图1，所述LED芯片还包括绝缘保护层4，绝缘保护层4形成在外延层的表面，覆盖第一台面210和第二台面220的表面及侧壁。该绝缘保护层可以包括形成在外延层表面的绝缘反射结构，例如DBR结构，以及形成在绝缘反射结构上方的绝缘层，例如SiO2层。并且，该绝缘保护层在第一电极结构51和第二电极结构52对应的区域具有通孔。
如图1所示，所述LED芯片还包括第一焊盘61和第二焊盘62。第一焊盘61和第二焊盘62均形成在绝缘保护层4上方，并且彼此间隔设置以二者彼此绝缘。第一焊盘61经由绝缘保护层中的通孔与第一半导体层连接。第二焊盘62经由绝缘保护层中的通孔与第二半导体层连接。
本实施例提供的LED芯片的第一电极结构和第二电极结构在外延层表面平行排布，且均为长方形结构，使电流在第一电极结构和第二电极结构之间的传导路径平行且等距，避免了现有技术中电流在圆形电极结构之间传导时的最短路径，从而解决了电流拥挤效应引发熔融击穿的问题；此外，长条状的电极结构也能使电流的扩展更加均匀，进而提高芯片的发光效率。
实施例二
本实施例同样提供一种LED芯片，本实施例与实施例一的相同之处，在此不再赘述。不同之处在于，在本实施例中，电极结构包括电流扩展条和至少一个传导节点，并且传导节点在第二方向上的延伸距离小于电流扩展条在第二方向上的延伸距离，传导节点在第二方向上的延伸距离大于电流扩展条在第二方向上的延伸距离，由此形成了在第一方向上延伸的长条状的电极结构。
如图3所示，第一电极结构的电流扩展条511和第二电极结构的电流扩展条521均为长条形结构，第一电极结构的传导节点512位于其电流扩展条511靠近第二电极结构52的一侧，第二电极结构的传导节点522位于其电流扩展条521靠近第一电极结构51的一侧。电流阻挡层形成在第一台面210和第二台面220的表面，在第一电极结构的传导节点512上方和第二电极结构的传导节点522上方留有通孔40，使后续形成的焊盘通过通孔40与电极结构相连。
在本实施例中，第一电极结构51至少有一个传导节点，第二电极结构52的传导节点数量与第一电极结构51的传导节点数量相同，可以为图3所示的一个，也可以为多个。在本实施例的另一可选实施例中，第一电极结构51至少有一个传导节点，第二电极结构52同样至少有一个传导节点，二者的传导节点的数量不同，如图4所示，此时第一电极结构的传导节点512和第二电极结构的传导节点522彼此交错设置。
本实施例提供的LED芯片的电极结构由电流扩展条和传导节点形成，且第一电极结构和第二电极结构的电流扩展条在外延层表面平行排布，使电流在第一电极结构和第二电极结构之间的传导路径平行且等距，同样能够避免电流在电极结构之间由于存在最短传导路径而引发的熔融击穿问题。此外，与实施例一提供的LED芯片相比，本实施例提供的LED芯片的电极结构在与外延层平行方向上具有更小的截面积，从而减小了电极结构的遮光面积，进一步提高LED芯片的发光效率。
实施例三
本实施例同样提供一种LED芯片，本实施例与实施例二的相同之处，在此不再赘述。不同之处在于，在本实施例中，第一电极结构的传导节点位于其电流扩展条靠近第二电极结构的一侧，第二电极结构的传导节点位于其电流扩展条背离第一电极结构的一侧，此时在第一电极结构的传导节点对应的位置处，第一台面和第二台面的交界线在第一方向上向第二台面弯曲，并且所述交界线的弯曲距离小于等于第一电极结构与第二电极结构之间水平距离的15％。
如图5所示，第一电极结构的电流扩展条511和第二电极结构的电流扩展条521均为长条形结构，第一电极结构的传导节点512位于其电流扩展条511靠近第二电极结构52的一侧，第二电极结构的传导节点522位于其电流扩展条521背离第一电极结构51的一侧，且在第一电极结构的传导节点512对应的位置处，第一台面和第二台面的交界线在第一方向(图中所示的X方向)上向第二台面220弯曲，并且交界线的弯曲距离d1小于等于第一电极结构51与第二电极结构52之间水平距离的15％。
在本实施例的另一可选实施例中，第一电极结构的电流扩展条511为长条形结构，第二电极结构的电流扩展条521为“T”形结构，如图6所示，同样，在第一电极结构的传导节点512对应的位置处，第一台面和第二台面的交界线在第一方向(图中所示的X方向)上向第二台面220弯曲，并且交界线的弯曲距离d1小于等于第一电极结构51与第二电极结构52之间水平距离的15％。相比于长条形结构的第二电极结构的电流扩展条，“T”形结构的电流扩展条更有助于电流自第二电极结构扩展至第一电极结构，从而能够提高LED芯片整体的亮度。
本实施例提供的LED芯片同样具有避免电流在电极结构之间由于存在最短传导路径而引发的熔融击穿问题，也能够进一步提高LED芯片的发光效率。
实施例四
本实施例同样提供一种LED芯片，本实施例与实施例二的相同之处，在此不再赘述。不同之处在于，在本实施例中，第一电极结构为长方形，第二电极结构包括电流扩展条和至少一个传导节点，并且第二电极结构的传导节点位于其电流扩展条背离第一电极结构的一侧。
如图7所示，第一电极结构51为长方形，所述长方形的短边沿第一方向(图7所示X方向)延伸，其长边沿与第一方向垂直的第二方向(图7所示的Y方向)延伸，在本实施例中，第一电极结构示为标准矩形结构，应该理解的是，第一电极结构也可以是在四个角上形成圆角的类似腰形结构。
如图7所示，第二电极结构52包括电流扩展条521和至少一个传导节点522，且第二电极结构的传导节点522位于其电流扩展条521背离第一电极结构51的一侧。图7所述的第二电极结构的电流扩展条521为长条形结构，应该理解的是，该第二电极结构的电流扩展条同样可以为“T”形结构，即与图6所示的第二电极结构的电流扩展条结构相同。
本实施例提供的LED芯片同样具有避免电流在电极结构之间由于存在最短传导路径而引发的熔融击穿问题，也能够进一步提高LED芯片的发光效率。
实施例五
本实施例同样提供一种LED芯片，本实施例与实施例一的相同之处，在此不再赘述。不同之处在于，在本实施例中，电极结构为由两相对直线和两相对弧形边形成的轴对称图形，其对称轴沿第一方向，同时与两相对直边平行，且所述弧形边在第一方向上的弯曲距离小于等于2μm。
在本实施例中，如图8所示，第一电极结构51和第二电极结构52均为由两相对直边和两相对弧形边组成的轴对称图形，第一电极结构51和第二电极结构52的对称轴沿第一方向(图8所示的X轴方向)，同时与第一电极结构51和第二电极结构52中的两相对直边平行。除此之外，第一电极结构51和第二电极结构52的弧形边在第一方向上(即图中所示的X方向)的弯曲距离d2小于等于2μm，第一电极结构51和第二电极结构52相对设置，即第一电极结构51的弧边与第二电极结构52的弧边的朝向相反。
在本实施例的另一可选实施例中，第一电极结构51和第二电极结构52还可以同向设置，即第一电极结构51的弧边与第二电极结构52的弧边的朝向相同，如图9所示。本实施例提供的LED芯片同样具有避免电流在电极结构之间由于存在最短传导路径而引发的熔融击穿问题，也能够进一步提高LED芯片的发光效率。
图8～图9所示的LED芯片的电极结构未包括传导节点，应该理解的是，本实施例的电极结构可以与实施例二～实施例四提供的电极结构相同，即同样包括电流扩展条和传导节点。
综上所述，本发明提供一种LED芯片，本发明的LED芯片包括衬底、形成在衬底表面的外延层，以及第一电极结构和第二电极结构，其中，电极结构在第一方向上延伸的尺寸小于其在与第一方向垂直的第二方向上延伸的尺寸，即，第一电极结构和第二电极结构形成为长边沿第二方向延伸的长条形结构，且二者在第一方向上平行排布。长条状的电极结构使电流在第一电极结构和第二电极结构之间的传导路径平行且等距，避免了现有技术中电流在圆形电极结构之间传导时的最短路径，从而解决了电流拥挤效应引发熔融击穿的问题；此外，长条状的电极结构也能使电流的扩展更加均匀，进而提高芯片的发光效率。
另外，本发明的电极结构还可以包括电流扩展条和传导节点，并且传导节点在第二方向上的延伸距离小于电流扩展条在所述第二方向上的延伸距离；传导节点在所述第一方向上的延伸距离大于电流扩展条在第一方向上的延伸距离。上述电流扩展条形成了在第二方向上延伸的长条状结构，即，第一电极结构和第二电极结构的电流扩展条形成相互平行的结构。综合上述两方面的结构特点，具有电流扩展条和传导节点的电极结构同样能够避免电荷在某一点的集中，避免由此引发的熔融击穿问题，增加芯片的可靠性。
本发明的电极结构中传导节点的数量可以根据LED芯片的实际尺寸或者有效面积进行调整，增加了电极结构的设计灵活性和多样性。
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，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种LED芯片，其特征在于，包括：
衬底；
外延层，形成在所述衬底的表面，所述外延层包括依次叠置的第一半导体层、有源层及第二半导体层，所述第一半导体层形成第一台面，所述第一半导体层、第二半导体层和所述有源层形成高于所述第一台面的第二台面；
电极结构，包括第一电极结构和第二电极结构，所述第一电极结构形成在所述第一台面的表面上，与所述第一半导体层电连接，所述第二电极结构形成在所述第二台面的表面上，与所述第二台面的第二半导体层电连接，所述第一电极结构与第二电极结构在第一方向上并列排布；
其中，所述电极结构包括电流扩展条和至少一个传导节点，所述电流扩展条和所述传导节点之间具有连接结构，以使所述电流扩展条和所述传导节点形成连续结构；所述连接结构在所述第二方向上的宽度小于所述传导节点在所述第二方向上的宽度小于所述电流扩展条在所述第二方向上的宽度。
2.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述电极结构为由两条相对的直边和两条相对的弧形边形成的轴对称图形，其对称轴沿所述第一方向，且与所述两条相对的直边平行。
3.根据权利要求2所述的LED芯片，其特征在于，在所述第一方向上，所述电极结构中的所述第一电极结构的两条弧形边向远离所述第二电极结构的方向弯曲，所述电极结构中的所述第二电极结构的两条弧形边向远离所述第一电极结构的方向弯曲。
4.根据权利要求2所述的LED芯片，其特征在于，在所述第一方向上，所述电极结构中的所述第一电极结构的两条形弧边向靠近所述第二电极结构的方向弯曲，所述电极结构中的所述第二电极结构的两条弧形边向远离所述第一电极结构的方向弯曲。
5.根据权利要求2~4中任意一项所述的LED芯片，其特征在于，所述弧形边在所述第一方向上的弯曲距离小于等于2 μm。
6.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述传导节点在所述第一方向上的延伸距离大于所述电流扩展条在所述第一方向上的延伸距离。
7.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述电极结构中的所述传导节点设置在所述第一电极结构和所述第二电极结构彼此相对的一侧。
8.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述第一电极结构的传导节点位于所述第一电极结构靠近所述第二电极结构的一侧，所述第二电极结构的传导节点位于所述第二电极结构远离所述第一电极结构的一侧。
9.根据权利要求8所述的LED芯片，其特征在于，在所述第一电极结构的传导节点对应的位置处，所述第一台面和所述第二台面的交界线在第一方向上向第二台面弯曲，并且所述交界线的弯曲距离小于等于所述第一电极结构与所述第二电极结构之间水平距离的15%。
10.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述第一电极结构的传导节点数量与所述第二电极结构的传导节点数量相同或者不同。
11.根据权利要求10所述的LED芯片，其特征在于，当所述第一电极结构的传导节点与所述第二电极结构的传导节点数量不同时，所述第一电极结构和所述第二电极结构的传导节点彼此交错设置。
12.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，还包括绝缘保护层，所述绝缘保护层形成在所述第一台面和第二台面的表面。
13.根据权利要求12所述的LED芯片，其特征在于，还包括：
第一焊盘，形成在所述绝缘保护层上方与所述第一电极结构电性连接；
第二焊盘，形成在所述绝缘保护层上方与所述第二电极结构电性连接。
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