CN117153978A - 一种发光二极管及发光装置 - Google Patents

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CN117153978A CN202311130238.1A CN202311130238A CN117153978A CN 117153978 A CN117153978 A CN 117153978A CN 202311130238 A CN202311130238 A CN 202311130238A CN 117153978 A CN117153978 A CN 117153978A
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electrode
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臧雅姝
李俊贤
曾炜竣
张中英
蔡吉明
黄少华
陈思河
贺春兰
潘子燕
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Abstract

本发明涉及一种发光二极管，包括：衬底、半导体发光序列堆叠层、第一电极和第二电极。半导体发光序列堆叠层包括依次叠置的第一半导体层、发光层和第二半导体层，第一电极，形成在第一半导体层之上，包括一第一电极垫与至少一第一电极延伸部。半导体发光序列堆叠层包括与第一电极垫相对的第一侧壁和与第一电极延伸部相对的第二侧壁，至少部分第二侧壁包括凹凸的微结构，第一侧壁的粗糙度小于第二侧壁的粗糙度。借此在保证增加LED芯片的光提取效率的同时，提升芯片的可靠性，进而提升LED的发光效率。

Description

一种发光二极管及发光装置
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，特别涉及一种发光二极管及发光装置。
背景技术
发光二极管（Light Emitting Diode，LED）具有效率高、寿命长、体积小、功耗低等优点，广泛应用于室内外白光照明、屏幕显示、背光源等领域。
为了增加LED芯片的光提取效率，现有技术提出通过对外延侧壁进行粗化形成周期性或非周期性的凹凸形表面结构，该侧壁微结构可以通过改变到达侧壁的光子的入射角，使更多的光子能够从芯片内出射，减少发生全反射的光子数，从而提升LED的亮度。但是，在实际使用时需在电极焊盘打上金球，引出焊线，通入电流才能点亮芯粒，由于实际作业精度的问题，打金球时通常金球都会相对电极焊盘有偏移，从图1中可以看出，如果在电极焊盘周围的外延层侧面分布凹凸的微结构，偏移的金球就会很容易接触到微结构，造成漏电，影响芯片的可靠性；其次，在外延层侧壁转角位置或电流拥挤区域的外延层侧壁分布凹凸的微结构，容易产生尖端放电现象，出现ESD爆点，进而影响发光二极管的可靠性。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷及不足，本发明提供一种发光二极管芯片及发光装置，能够在保证增加LED芯片的光提取效率的同时，提升芯片的可靠性，进而提升LED的发光效率。
本发明的一实施例，提供一种发光二极管芯片，包括：
衬底，具有相对设置的衬底正面及衬底背面；
半导体发光序列堆叠层，包括依次叠置的第一半导体层、发光层和第二半导体层；
第一电极，形成在第一半导体层之上，包括一第一电极垫与至少一第一电极延伸部；
第二电极，形成在第二半导体层之上；
其特征在于，半导体发光序列堆叠层包括与第一电极垫相对的第一侧壁和与第一电极延伸部相对的第二侧壁，至少部分第二侧壁包括凹凸的微结构，第一侧壁的粗糙度小于第二侧壁的粗糙度。
根据本发明另一方面，同样提供一种发光二极管芯片，其包括：
半导体发光序列堆叠层，包括第一半导体层、发光层和第二半导体层，发光层位于第一半导体层和第二半导体层之间；
第一电极，形成在第一半导体层之上，包括一第一电极垫与至少一第一电极延伸部；
第二电极，形成在第二半导体层之上；
其特征在于，半导体发光序列堆叠层被分割为若干芯粒，相邻芯粒之间形成切割道，切割道位于芯粒边缘，芯粒包括与第一电极垫相对的第一侧壁和与第一电极延伸部相对的第二侧壁，以及位于切割道的第三侧壁；至少部分第二侧壁包括凹凸的微结构，至少部分第三侧壁包括凹凸的微结构。
根据本发明另一方面，同样提供一种发光二极管芯片，其包括：
衬底，具有相对设置的衬底正面及衬底背面；
半导体发光序列堆叠层，包括依次叠置的第一半导体层、发光层和第二半导体层；
第一电极，形成在第一半导体层之上，包括一第一电极垫与至少一第一电极延伸部；
第二电极，形成在第二半导体层之上；
保护层，覆盖半导体发光序列堆叠层；
其特征在于，保护层包括与第一电极垫相对的第一侧面和与第一电极延伸部相对的第二侧面，至少部分第二侧面包括凹凸的微结构，第一侧面的粗糙度小于第二侧面的粗糙度。
根据本发明另一方面，提供一种发光装置，其采用上述任一实施例提供的发光二极管。
如上所述，本申请的发光二极管芯片及发光装置，具有以下有益效果：
首先，通过在电极周围的半导体发光序列堆叠层侧壁有选择性的部分设置凹凸形表面结构，即在电极延伸部相对的半导体发光序列堆叠层侧壁分布凹凸的微结构，在电极焊盘相对的半导体发光序列堆叠层侧壁不分布凹凸的微结构，一方面可以利用具有微结构的侧壁使更多的光子能够从芯片内出射，减少发生全反射，从而提升亮度；另一方面，可以避免打线制程工艺中偏移的金球接触到电极周围的微结构，造成漏电，从而保证芯片的可靠性。其次，还可以在半导体发光序列堆叠层侧壁转角位置或电流拥挤区域的外延层侧壁不分布凹凸的微结构，进而有效避免产生尖端放电现象，减少ESD爆点，进一步提升发光二极管的可靠性。
本发明的其它特征和有益效果将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
图1为现有技术中发光二极管芯片的俯视结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的发光二极管芯片的俯视结构示意图；
图3为是图2的A区域的局部放大示意图；
图4为沿图2中F-F1向的剖面结构示意图；
图5为沿图2中F-F2向的剖面结构示意图；
图6为微结构沿着半导体发光序列堆叠层层叠方向的剖面形状；
图7为本发明实施例一提供的另一发光二极管芯片边缘的立体结构示意图；
图8为本发明实施例二提供的发光二极管芯片的俯视结构示意图；
图9为是图8的B区域的局部放大示意图；
图10为本发明实施例三提供的发光二极管芯片的俯视结构示意图；
图11为是图10的C区域的局部放大示意图；
图12为本发明实施例四提供的发光二极管芯片的俯视结构示意图；
图13为本发明实施例五提供的发光二极管芯片沿图2中F-F1向的剖面结构示意图；
图14为本发明实施例六提供的发光二极管芯片的俯视结构示意图；
图15为本发明实施例七提供的发光二极管芯片的俯视结构示意图；
图16为本发明实施例八提供的发光二极管芯片的俯视结构示意图；
图17为沿图16中F-F1向的剖面结构示意图。
元件标号说明：
10-衬底；12-半导体发光序列堆叠层；123-第一半导体层；124-发光层；125-第二半导体层；14-电流阻挡层；21-第一电极；211-第一电极垫；212-第一电极延伸部；22-第二电极；221-第二电极垫；222-第二电极延伸部；31-第一侧壁；32-第二侧壁；33-第三侧壁；34-第四侧壁；16-透明导电层；18-保护层；41-第一焊盘；42-第二焊盘；50-角部区域；61-第一侧面；62-第二侧面；63-第三侧面；64-第四侧面。
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。针对现有技术中的上述缺陷及不足，本发明提供一种发光二极管芯片及发光装置，在保证增加LED芯片的光提取效率的同时，提升芯片的可靠性。在一些实施例中，发光二极管芯片包括：
衬底，具有相对设置的衬底正面及衬底背面；
半导体发光序列堆叠层，包括依次叠置的第一半导体层、发光层和第二半导体层；
第一电极，形成在第一半导体层之上，包括一第一电极垫与至少一第一电极延伸部；
第二电极，形成在第二半导体层之上；
其特征在于，半导体发光序列堆叠层包括与第一电极垫相对的第一侧壁和与第一电极延伸部相对的第二侧壁，至少部分第二侧壁包括凹凸的微结构，第一侧壁的粗糙度小于第二侧壁的粗糙度。一方面，通过在电极延伸部相对的外延侧壁分布凹凸的微结构，可以使更多的光子能够从芯片内出射，减少发生全反射，从而提升芯片的亮度；另一方面，在电极垫相对的外延侧壁不分布凹凸的微结构，可以避免打线制程工艺中偏移的金球接触到电极周围的微结构，造成漏电，从而保证芯片的可靠性。
优选的，在一些实施例中，第一侧壁不包括凹凸的微结构。进一步防止打线制程工艺中金球偏移接触微结构造成漏电，保证芯片的可靠性。
在一些实施例中，半导体发光序列堆叠层还包括远离第一电极的第三侧壁，第三侧壁包括位于相邻第三侧壁交叉位置的角部区域，第三侧壁除了角部区域以外的其他区域形成凹凸的微结构，角部区域的粗糙度小于其他区域的粗糙度。由于外延层侧壁转角位置分布凹凸的微结构容易产生尖端放电现象，因此通过在外延层侧壁转角位置不分布凹凸的微结构，可以有效避免产生该现象，减少ESD爆点，在保证通过外延层侧壁分布凹凸的微结构来提升LED芯片的光提取效率的同时，从而提升发光二极管的可靠性。
优选的，在一些实施例中，角部区域不包括凹凸的微结构。进一步提升芯片的可靠性。
在一些实施例中，第二侧壁包括与第一电极延伸部的端部相对的第四侧壁，
第四侧壁的粗糙度小于第二侧壁除了第四侧壁以外的其他区域的粗糙度。由于电流拥挤区域分布凹凸的微结构容易产生尖端放电现象，因此通过在电极延伸部的端部等电流拥挤区域不分布凹凸的微结构，可以有效避免产生该现象，减少ESD爆点，进一步提升发光二极管的可靠性。
优选的，在一些实施例中，第四侧壁不包括凹凸的微结构。进一步提升芯片的可靠性。
在一些实施例中，至少70%的第二侧壁包括凹凸的微结构。通过保证外延侧壁具有一定比例的凹凸的微结构，促使更多的光子能够从芯片内出射，通过减少发生全反射，提升LED芯片的光提取效率，从而提升芯片的亮度。
在一些实施例中，至少70%的第三侧壁包括凹凸的微结构。同样通过保证外延侧壁具有一定比例的凹凸的微结构提升芯片的亮度。
在一些实施例中，所述发光二极管还包括保护层，保护层覆盖半导体发光序列堆叠层，保护层在与半导体发光序列堆叠层形成凹凸的微结构的侧壁对应的侧面上形成凹凸的微结构。通过在保护层和外延侧壁同时有选择性的部分设置凹凸形表面结构，进一步提升LED芯片的光提取效率，从而提升芯片的亮度。
在一些实施例中，微结构由半导体发光序列堆叠层和保护层组成。通过在保护层和外延侧壁同时有选择性的部分设置凹凸形表面结构，提升LED芯片的光提取效率，从而提升芯片的亮度。
在一些实施例中，第三侧壁的微结构沿半导体发光序列堆叠层层叠方向延伸至所述衬底正面。增大外延侧壁粗化面积，使更多的光子能够从芯片内出射，进一步提升LED芯片的光提取效率。
在一些实施例中，第二侧壁的微结构的粗糙度包括0.5μm~12μm。当粗糙度过小，虽然第二侧壁粗糙度较密，但是凹凸面的起伏过小，趋于平整化，影响光的出射；当粗糙度过大，将导致第二侧壁粗糙度过疏，同样会减少光的出射。
在一些实施例中，第三侧壁的微结构的粗糙度包括0.5μm~12μm。当粗糙度过小，微结构的凹凸起伏过小，趋于平整化，影响光的出射；当粗糙度过大，第二侧壁粗糙度将会过疏，减少光的出射。
在一些实施例中，第二侧壁和第三侧壁的粗糙度比值为0.4~2.5倍。当发光区面积固定时，靠近第一电极延伸部的区域会有较多的电子，优先发光，当电流较小时，第二侧壁粗糙度可以设置较密，即第二侧壁比第三侧壁的粗糙度小，增加第二侧壁区域光的出射；而随着电流变大，第二侧壁区域已经趋于饱和，此时第三侧壁粗糙度可以设置较密，即第三侧壁比第二侧壁的粗糙度小，增加芯片边缘光的出射。
在一些实施例中，微结构沿着半导体发光序列堆叠层层叠方向延伸。可以减少制程难度，制程工艺上较容易实现，降低制造成本。
在一些实施例中，微结构沿着半导体发光序列堆叠层层叠方向的剖面形状包括三角形或者半圆形或者梯形。优选剖面形状为半圆形，半圆形的微结构更容易使得光线出射，提升LED芯片的光提取效率。
本发明还提供一种发光二极管，在一些实施例中，其包括：
半导体发光序列堆叠层，包括第一半导体层、发光层和第二半导体层，发光层位于第一半导体层和第二半导体层之间；
第一电极，形成在第一半导体层之上，包括一第一电极垫与至少一第一电极延伸部；
第二电极，在所述第二半导体层之上；
其特征在于，半导体发光序列堆叠层被分割为若干芯粒，相邻芯粒之间形成切割道，切割道位于芯粒边缘，芯粒包括与第一电极垫相对的第一侧壁和与第一电极延伸部相对的第二侧壁，以及位于切割道的第三侧壁；至少部分第二侧壁包括凹凸的微结构，至少部分第三侧壁包括凹凸的微结构。通过在外延侧壁有选择性的部分设置凹凸形表面结构，能够在保证增加LED芯片的光提取效率的同时，提升发光二极管的可靠性，进而提升LED的发光效率。
在一些实施例中，第一侧壁的粗糙度小于所述第二侧壁的粗糙度，第二侧壁包括与第一电极延伸部的端部相对的第四侧壁，第四侧壁的粗糙度小于第二侧壁除了第四侧壁以外的其他区域的粗糙度。一方面避免打线制程工艺中偏移的金球接触到电极周围的微结构造成漏电；另一方面在电极延伸部的端部等电流拥挤区域不分布凹凸的微结构可以有效避免在该位置产生尖端放电现象，从而提升发光二极管的可靠性。
在一些实施例中，第三侧壁包括位于相邻第三侧壁交叉位置的角部区域，角部区域的粗糙度小于其他区域的粗糙度。在外延层侧壁转角位置不分布凹凸的微结构，可以有效避免在该位置产生尖端放电现象，从而提升发光二极管的可靠性。
在一些实施例中，第二侧壁的微结构的粗糙度包括0.5μm~12μm，第三侧壁的微结构的粗糙度包括0.5μm~12μm。当粗糙度过小，微结构的凹凸起伏过小趋于平整化，将会影响光的出射；当粗糙度过大，微结构的粗糙度过疏也会减少光的出射。
在一些实施例中，第二侧壁和第三侧壁的粗糙度比值为0.4~2.5倍。当电流较小时，第二侧壁的粗糙度可以设置比第三侧壁的粗糙度小，增加第二侧壁区域光的出射；随着电流变大，可以设置第三侧壁的粗糙度比第二侧壁的粗糙度小，增加芯片边缘光的出射。
本发明还提供一种发光二极管，在一些实施例中，其包括：
衬底，具有相对设置的衬底正面及衬底背面；
半导体发光序列堆叠层，包括依次叠置的第一半导体层、发光层和第二半导体层；
第一电极，形成在第一半导体层之上，包括一第一电极垫与至少一第一电极延伸部；
第二电极，形成在第二半导体层之上；
保护层，覆盖半导体发光序列堆叠层；
其特征在于，保护层包括与第一电极垫相对的第一侧面和与第一电极延伸部相对的第二侧面，至少部分第二侧面形成凹凸的微结构，第一侧面的粗糙度小于第二侧面的粗糙度。通过在保护层侧壁有选择性的部分设置凹凸形表面结构，同样能够在保证增加LED芯片的光提取效率的同时，避免打线过程中的由于金球偏移接触到微结构产生的漏电现象和在外延侧壁转角位置或电流拥挤区域分布凹凸的微结构产生的尖端放电现象，进而提升发光二极管的可靠性，进一步提升LED的发光效率。
在一些实施例中，微结构沿深度方向延伸至保护层内部。
在一些实施例中，保护层包括二氧化硅层或者氮化硅层或者碳化硅层。
在一些实施例中，发光二极管还包括：
电流阻挡层，位于第二半导体层之上，包括至少一条状部；
透明导电层，位于第二半导体层之上以覆盖电流阻挡层；
第二电极，位于透明导电层之上，包括一第二电极垫与至少一第二电极延伸部，第一电极延伸部自第一电极垫朝向第二电极的方向延伸，第二电极延伸部自第二电极垫部朝向第一电极的方向延伸。
本发明还提供一种发光装置，其采用上述任一实施例提供的发光二极管。采用上述发光二极管芯片的发光装置具有良好的可靠性及发光效果。
以下将结合本发明实施例中的附图，通过多种具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
请参阅图2~图7， 图2为本发明实施例一提供的发光二极管芯片的俯视结构示意图，图3为是图2的A区域的局部放大示意图（图2中虚线圆形圈出的区域），图4为沿图2中F-F1向的剖面结构示意图，图5为沿图2中F-F2向的剖面结构示意图，图6为微结构沿着半导体发光序列堆叠层层叠方向的剖面形状，图7为本发明实施例一提供的另一发光二极管芯片边缘的立体结构示意图。本发明的第一实施例提供一种发光二极管，如图中所示，发光二极管可以包括衬底10、半导体发光序列堆叠层12、第一电极21和第二电极22。
半导体发光序列堆叠层12设置在衬底10上。衬底10可以是绝缘衬底，优选的，衬底10可以是以透明材料或半透明材料所制成。在图示实施例中，衬底10为蓝宝石衬底。在一些实施例中，衬底10可以是图形化的蓝宝石衬底，但本案不限于此。衬底10亦可以是以导电材料或者半导体材料所制成的。例如：衬底10材料可以包括碳化硅、硅、镁铝氧化物、氧化镁、锂铝氧化物、铝镓氧化物及氮化镓中的至少一种。
半导体发光序列堆叠层12包括第一半导体层123、发光层124和第二半导体层125。即发光层124位于第一半导体层123和第二半导体层125之间。第一半导体层123的部分上表面未被发光层124覆盖，形成了台面（mesa），台面处主要用于设置电极。
第一半导体层123可以为N型半导体层，在电源作用下可以向发光层124提供电子。在一些实施例中，第一半导体层123包括N型掺杂的氮化物层。N型掺杂的氮化物层可包括一个或多个IV族元素的N型杂质。N型杂质可以包括Si、Ge、Sn中的一种或其组合。在一些实施例中，在N型半导体层与衬底10之间还可以设置缓冲层，以减轻衬底10与N型半导体层之间的晶格失配。缓冲层可包括非故意掺杂的AlN层（un-doped AlN，简称：u-AlN）或者是非故意掺杂的AlGaN层（un-doped AlGaN，简称：u-AlGaN）。N型半导体层还可以是通过粘结层与衬底10进行连结。
发光层124可以为量子阱结构(Quantum Well，简称QW)。在一些实施例中，发光层124也可以为多重量子阱结构(Multiple Quantum Well，简称MQW)，其中多重量子阱结构包括以重复的方式交替设置的多个量子阱层(Well)和多个量子阻障层(Barrier)，例如可以是GaN/AlGaN、InAlGaN/InAlGaN或InGaN/AlGaN等多量子阱结构。此外，发光层124内的阱层的组成以及厚度决定生成的光的波长。为了提高发光层124的发光效率，可通过在发光层124中改变量子阱的深度、成对的量子阱和量子势垒的层数、厚度和/或其它特征来实现。
第二半导体层125可以为P型半导体层，在电源作用下可以向发光层124提供空穴。在一些实施例中，第二半导体层125包括P型掺杂的氮化物层。P型掺杂的氮化物层可包括一个或多个II族元素的P型杂质。P型杂质可以包括Mg、Zn、Be中的一种或其组合。
虽然第一半导体层123和第二半导体层125分别可以是单层结构,但本案不限于此,第一半导体层123和第二半导体层125也可以是多重层结构，该多层结构具有不同的组成，还可以包括超晶格层。此外，半导体发光序列堆叠层12的设置不限于此，可以是依据实际需求来选择其它种类的半导体发光序列堆叠层12。例如，在其他实施例中,在第一半导体层123是掺杂了p型杂质的情况下,第二半导体层125可以是掺杂n型杂质,即第一半导体层123为P型半导体层,第二半导体层125为N型半导体层。
第一电极21位于第一半导体层123之上。第一电极21可以是由金属材料制成，其可以为单层金属结构、双层金属结构或多层金属结构，例如：Ti/Al、Ti/Al/Ti/Au、Ti/Al/Ni/Au、V/Al/Pt/Au等金属叠层结构。在一些实施例中，第一电极21可以直接形成于第一半导体层123的台面上，与第一半导体层123之间形成良好的欧姆接触。在一些实施例中，第一电极21包括第一电极垫211与至少一第一电极延伸部212。第一电极垫211连接第一电极延伸部212，第一电极延伸部212自第一电极垫211朝向第二电极22的方向延伸，使得电流均匀扩散。在本实施例中，第一电极21包括第一电极垫211与两个第一电极延伸部212，其中，第一电极延伸部212呈条状结构。
第二电极22位于第二半导体层125之上。第二电极22可以是由金属材料制成，第二电极22可以是跟第一电极21为相同或相近似的材料组成，第二电极22也可以是采用跟第一电极21不同的材料组成。在一些实施例中，第二电极22可以包括第二电极垫221与第二电极延伸部222。第二电极垫221连接第二电极延伸部222，第二电极延伸部222自第二电极垫221朝向第一电极垫211的方向延伸，使得电流均匀扩散。在本实施例中，第二电极22包括第二电极垫221与三个第二电极延伸部222，其中，第二电极延伸部222呈条状结构。
半导体发光序列堆叠层12包括与第一电极垫211相对的第一侧壁31和与第一电极延伸部212相对的第二侧壁32，至少部分第二侧壁32包括凹凸的微结构，第一侧壁31的粗糙度小于第二侧壁32的粗糙度。优选的，在一些实施例中，第一侧壁31可以不包括凹凸的微结构。一方面，通过在第二侧壁32分布凹凸的微结构，可以使更多的光子能够从芯片内出射，减少发生全反射，从而提升芯片的亮度；另一方面，在实际使用时需在电极焊盘打上金球，引出焊线，通入电流点亮芯粒，由于实际作业精度的问题，打金球时通常金球都会相对电极焊盘有偏移，通过在第一侧壁31不分布凹凸的微结构，可以避免打线制程工艺中偏移的金球接触到电极周围的微结构，造成漏电，从而保证芯片的可靠性。
在一些实施例中，至少70%的第二侧壁32包括凹凸的微结构。通过保证外延侧壁具有一定比例的凹凸的微结构，促使更多的光子能够从芯片内出射，通过减少发生全反射，提升LED芯片的光提取效率，从而提升芯片的亮度，同时可以在电流拥挤区域选择不分布凹凸的微结构，可以有效避免在该位置产生尖端放电现象，从而提升发光二极管的可靠性。
在一些实施例中，半导体发光序列堆叠层12还包括远离第一电极21的第三侧壁33，在本实施例中，第三侧壁33包括凹凸的微结构。通过在第三侧壁33分布凹凸的微结构，可以进一步使更多的光子能够从芯片内出射，减少发生全反射，从而提升芯片的亮度，进一步提升发光二极管的发光效率。
在一些实施例中，至少70%的第三侧壁33包括凹凸的微结构。同样通过保证外延侧壁具有一定比例的凹凸的微结构，促使更多的光子能够从芯片内出射，通过减少发生全反射，提升LED芯片的光提取效率，进一步提升芯片的亮度，同时可以在电流拥挤区域选择不分布凹凸的微结构，可以有效避免尖端放电现象，进一步提升发光二极管的可靠性。
在另一些实施例中，半导体发光序列堆叠层12被分割为若干芯粒，相邻芯粒之间形成切割道，芯粒还包括位于切割道的第三侧壁33，至少部分所述第三侧壁33包括凹凸的微结构。
在一些实施例中，第三侧壁33的微结构沿半导体发光序列堆叠层12层叠方向延伸至所述衬底10正面。增大外延侧壁粗化面积，使更多的光子能够从芯片内出射，进一步提升LED芯片的光提取效率。
在一些实施例中，第二侧壁32的微结构的粗糙度包括0.5μm~12μm。
在一些实施例中，第三侧壁33的微结构的粗糙度包括0.5μm~12μm。当粗糙度过小，虽然第二侧壁/第三侧壁的粗糙度较密，但是凹凸面的起伏过小，趋于平整化，影响光的出射；当粗糙度过大，将导致第二侧壁/第三侧壁粗糙度过疏，同样会减少光的出射。优选的，在一些实施例中，第二侧壁/第三侧壁的粗糙度为2.5μm~5.5μm。
在一些实施例中，第二侧壁32和第三侧壁33的粗糙度比值为0.4~2.5倍。当电流较小时，第二侧壁32的粗糙度可以设置比第三侧壁33的粗糙度小，增加第二侧壁32区域光的出射；随着电流变大，可以设置第三侧壁33的粗糙度比第二侧壁32的粗糙度小，增加芯片边缘光的出射。例如，当电流≤20mA时，优选的，第二侧壁32的粗糙度小于第三侧壁33的粗糙度，增加第二侧壁32区域光的出射；当电流≥60mA时，优选的，第三侧壁33的粗糙度小于第二侧壁32的粗糙度，，增加芯片边缘第三侧壁33趋于光的出射。
电流阻挡层14，位于第二半导体层125之上，用于阻挡电流由上方电极垂直流入第二半导体层125，作为示例，电流阻挡层14为透明绝缘材料，包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化钛或氧化铝等透明的无机绝缘材料至少之一种。电流阻挡层14也可为单层或交替的多层结构，单层可以是透光率较高，例如高于80%的材料，例如氧化硅。电流阻挡层14也可以是多层结构组合形成反射性材料，反射率高于60%的材料，例如布拉格反射镜。电流阻挡层14的厚度可选择自50nm至500nm之同的任意厚度，但本公开实施例并非以此为限。在一些实施例中，电流阻挡层14可以是连续式分布或者间断式分布，连续式分布的电流阻挡层可有效提升阻挡电流由上方电极垂直流入第二半导体层125的效果，间断式分布的电流阻挡层可增加电极与外延层的接触，提升电极的附着力，提高打线能力，本公开实施例并非以此为限。进一步的，在一些实施例中，第一电极21和第一半导体层123之间也可以设置电流阻挡层14，本公开实施例并非以此为限。
透明导电层16位于第二半导体层125之上，用于引导电流从上方电极更为均匀地注入到第二半导体层125内，起到电流扩展的效果。作为示例，透明导电材料可包含铟锡氧化物(indium tin oxide，ITO)、锌铟氧化物(indium zinc oxide，IZO)、氧化铟(indiumoxide，InO)、氧化锡(tin oxide，SnO)、镉锡氧化物(cadmium tin oxide，CTO)、锡锑氧化物(antimony tin oxide，ATO)、铝锌氧化物(aluminum zinc oxide，AZO)、锌锡氧化物(zinctin oxide，ZTO)、氧化锌掺杂镓(gallium doped zinc oxide，GZO)、氧化铟掺杂钨(tungsten doped indium oxide，IWO)或者氧化锌(zinc oxide，ZnO)，但本公开实施例并非以此为限。
在一些实施例中，所述发光二极管还包括保护层18，保护层18覆盖半导体发光序列堆叠层12的侧壁和部分上表面以及透明导电层16、第一电极21和第二电极22。保护层18具有开口，第一电极21和第二电极22是位于保护层18的开口内的，以便于后续焊线连接。保护层18根据涉及的位置具有不同的功效，例如覆盖外延层侧壁用于防止导电材料泄露而致使第一半导体层123和第二半导体层125电连通，减少发光二极管芯片的短路异常，但本公开实施例并非以此为限。在一些实施例中，保护层18的材料包含非导电材料。非导电材料优选地为无机材料或是介电材料。无机材料包含硅胶（Silicone）或玻璃（Glass）。介电材料包含氧化铝（AlO）、氮化硅（SiNx）、氧化硅（SiOx）、氧化钛（TiOx）、或氟化镁（MgFx）可以是电绝缘材料。例如，保护层18可以是二氧化硅、氮化硅、氧化钛、氧化钽、氧化铌、钛酸钡或者其组合，其组合例如可以是两种材料重复堆叠形成的布拉格反射镜（DBR）。保护层18覆盖半导体发光序列堆叠层12，保护层18在与形成凹凸的微结构的半导体发光序列堆叠层12相对的侧面上形成凹凸的微结构。也即，保护层18在与第一侧壁31相对应的侧面上不包括凹凸的微结构，保护层18在与包括凹凸的微结构的第二侧壁32相对应的侧面上包括凹凸的微结构，在与不包括凹凸的微结构的第二侧壁32相对应的侧面上不包括凹凸的微结构，保护层18在与包括凹凸的微结构的第三侧壁33相对应的侧面上包括凹凸的微结构，在与不包括凹凸的微结构的第三侧壁33相对应的侧面上不包括凹凸的微结构。由此，可在保护层18和外延侧壁同时有选择性的部分设置凹凸形表面结构，，提升LED芯片的光提取效率，从而提升芯片的亮度。
在一些实施例中，请参看图7，微结构还可以沿着所述半导体发光序列堆叠层12层叠方向延伸。可以减少制程难度，制程工艺上较容易实现，降低制造成本。
在一些实施例中，请参看图6，微结构沿着半导体发光序列堆叠层12层叠方向的剖面形状包括三角形或者半圆形或者梯形。本发明优选的微结构沿着半导体发光序列堆叠层12层叠方向的剖面形状为半圆形，半圆形的微结构的出光面更多，更容易使得光线出射，有利于进一步提升LED芯片的光提取效率。需要说明的是，上述的剖面形状并不局限于说明书各附图所示的形状及分布，本发明在此不做限定。
实施例2
请参阅图8，图8是本发明第二实施例提供的发光二极管的俯视结构示意图，图9为是图8的B区域的局部放大示意图。相较于图2第一实施例的发光二极管而言，该第二实施例的发光二极管的不同之处主要在于：第二侧壁32还包括与第一电极延伸部212的端部相对的第四侧壁34，第四侧壁34的粗糙度小于第二侧壁32除了第四侧壁34以外的其他区域的粗糙度。优选的，在一些实施例中，第四侧壁34可以不包括凹凸的微结构。由于电流拥挤区域分布凹凸的微结构容易产生尖端放电现象，因此通过在电极延伸部的端部等电流拥挤区域不分布凹凸的微结构，可以有效避免产生该现象，减少ESD爆点，进而提升发光二极管的可靠性。
实施例3
请参阅图10，图10是本发明第三实施例提供的发光二极管的俯视结构示意图，图11为是图10的C区域的局部放大示意图。相较于图2第一实施例的发光二极管而言，该第三实施例的发光二极管的不同之处主要在于：第三侧壁33包括位于相邻第三侧壁33交叉位置的角部区域50，第三侧壁33除了角部区域50以外的其他区域形成凹凸的微结构，角部区域50的粗糙度小于其他区域的粗糙度。优选的，在一些实施例中，角部区域50可以不包括凹凸的微结构。由于外延层侧壁转角位置分布凹凸的微结构容易产生尖端放电现象，因此通过在外延层侧壁转角位置不分布凹凸的微结构，可以有效避免产生该现象，减少ESD爆点，借此进一步提升发光二极管的可靠性。
实施例4
请参阅图12，图12是本发明第四实施例提供的发光二极管的俯视结构示意图。相较于图2第一实施例的发光二极管而言，该第四实施例的发光二极管的不同之处主要在于：第二侧壁32还包括与第一电极延伸部212的端部相对的第四侧壁34，第三侧壁33包括位于相邻第三侧壁33交叉位置的角部区域50，第四侧壁34的粗糙度小于第二侧壁32除了第四侧壁34以外的其他区域的粗糙度，角部区域50的粗糙度小于其他区域的粗糙度。优选的，在一些实施例中，角部区域50和/或第四侧壁34可以不包括凹凸的微结构。由于电流拥挤区域分布凹凸的微结构容易产生尖端放电现象，因此通过在外延层侧壁转角位置和电极延伸部的端部等电流拥挤区域不分布凹凸的微结构，可以有效避免产生该现象，减少ESD爆点，可以在通过外延层侧壁分布凹凸的微结构来提升LED芯片的光提取效率的同时，保证发光二极管良好的可靠性。
实施例5
请参阅图13，图13为本发明实施例五提供的发光二极管芯片沿图2中F-F1向的剖面结构示意图。相较于图2第一实施例的发光二极管而言，该第五实施例的发光二极管的不同之处主要在于：凹凸的微结构仅形成在保护层18。本发明提供一种发光二极管，如图中所示，发光二极管可以包括衬底10、半导体发光序列堆叠层12、第一电极21和第二电极22。第一电极21，形成在所述第一半导体层123之上，包括一第一电极垫211与至少一第一电极延伸部212，第二电极22，形成在所述第二半导体层125之上，保护层18覆盖半导体发光序列堆叠层12，保护层18包括与第一电极垫211相对的第一侧面61和与第一电极延伸部212相对的第二侧面62，至少部分第二侧面62形成凹凸的微结构，第一侧面61的粗糙度小于第二侧面62的粗糙度。优选的，在一些实施例中，第一侧面61可以不包括微结构。
在一些实施例中，至少70%的第二侧面62包括凹凸的微结构。进一步的，在一些实施例中，第二侧面62还包括与第一电极延伸部212的端部相对的第四侧面64，第四侧面64的粗糙度小于第二侧面62除了第四侧面64以外的其他区域的粗糙度。优选的，在一些实施例中，第四侧面64可以不包括凹凸的微结构保证外延侧壁具有一定比例的凹凸的微结构，提升LED芯片的光提取效率，同时在电流拥挤区域选择不分布凹凸的微结构，有效避免产生尖端放电现象，从而提升发光二极管的可靠性。
在一些实施例中，保护层18还包括远离第一电极21的第三侧面63，第三侧面63的微结构可以沿半导体发光序列堆叠层12层叠方向延伸至衬底10正面。进一步的，在一些实施例中，至少70%的第三侧面63包括凹凸的微结构。进一步的，在一些实施例中，第三侧面63包括位于相邻第三侧面63交叉位置的角部区域50，角部区域50的粗糙度小于其他区域的粗糙度。优选的，在一些实施例中，角部区域50可以不包括凹凸的微结构。同样通过有选择性的在保护层18的侧壁设置凹凸的微结构，提升芯片的亮度的同时保证良好的可靠性。
进一步的，在一些实施例中，微结构沿深度方向延伸至所述保护层18内部。
在一些实施例中，微结构由所述半导体发光序列堆叠层12和所述保护层18组成。通过在保护层18和外延侧壁同时有选择性的部分设置凹凸形表面结构，提升LED芯片的光提取效率，从而提升芯片的亮度。
实施例6
请参阅图14，图14是本发明第六实施例提供的发光二极管的俯视结构示意图。相较于图12第四实施例的发光二极管而言，该第六实施例的发光二极管的不同之处主要在于：第一电极21包括第一电极垫211与一第一电极延伸部212，第二电极22包括第二电极垫221与两个第二电极延伸部222。
实施例7
请参阅图15，图15是本发明第七实施例提供的发光二极管的俯视结构示意图。相较于图12第四实施例的发光二极管而言，该第七实施例的发光二极管的不同之处主要在于：第一电极21包括第一电极垫211与一第一电极延伸部212，第二电极22包括第二电极垫221与一个第二电极延伸部222。
实施例8
请参阅图16和图17，图16为本发明实施例八提供的发光二极管芯片的俯视结构示意图，图17为沿图16中F-F1向的剖面结构示意图。相较于图12第四实施例的发光二极管而言，该第七施例的发光二极管的不同之处主要在于：本实施例的发光二极管为倒装结构的二极管，其还包括第一焊盘41和第二焊盘42，第一焊盘41和第二焊盘42通过保护层18的开口分别连接第一电极21和第二电极22。而第一实施例的发光二极管则为正装结构的二极管。
上述各实施例提供的发光二极管不仅适用于如图2、图15所示的正装结构、倒装结构的芯片，还适用于高压结构的芯片。高压结构的芯片包括多个发光单元，相邻发光单元之间通过衬底上的隔离槽相互隔离，且通过横跨在隔离槽上的互联电极实现电性连接。其中，半导体发光序列堆叠层侧壁如上述各实施例所述的有选择性的部分设置凹凸形表面结构。其具体的结构、性能和优点可参照前述内容，在此不做过多赘述。
本发明还提供一种发光装置，其采用上述任一实施例提供的发光二极管。发光二极管的尺寸可以是Micro LED、Mini LED或常规LED。发光二极管可应用于背光显示或者RGB显示屏，小尺寸的倒装发光二极管可以数百颗或者数千颗或者数万颗的数量集成式的安装在应用基板或者封装基板上，形成背光显示装置或者RGB显示装置的发光光源部分。当保护层的厚度较小时，打线制程工艺中若是金球偏移，将会更容易破坏保护层造成漏电，影响芯片的可靠性，因此本发明在保护层厚度小于5000A以下的效果更佳。
需要补充说明的是，本发明所提及的粗糙度测量的方法是：通过使用高倍显微镜拍照，例如图像倍率在200倍-1000倍的条件下，测量微结构的线宽即为微结构的粗糙度，且由于光刻胶的差异等因素的影响，本发明表述的三角形或者梯形的边并非一定是完全笔直的直线，亦包含了在实施制作中可能会出现直线边略微鼓起或弯曲等状态的情形；本发明表述的半圆形并非一定是一个圆上的弧形，亦包含了在实施制作中可能会出现弧形边略微鼓起或弯曲等状态的情形。
综上所述，本发明一实施例提供的一种发光二极管及发光装置，通过在电极周围的半导体发光序列堆叠层侧壁有选择性的部分设置凹凸形表面结构，一方面可以避免打线制程工艺中偏移的金球接触到电极周围的微结构造成漏电，另一方面减少半导体发光序列堆叠层侧壁转角位置或电流拥挤区域产生尖端放电现象，减少ESD爆点，从而使本发明的发光二极管在增加光提取效率提高芯片亮度的同时具有良好的可靠性，从而进一步提升发光二极管的光电性能。
另外，本领域技术人员应当理解，尽管现有技术中存在许多问题，但是，本发明的每个实施例或技术方案可以仅在一个或几个方面进行改进，而不必同时解决现有技术中或者背景技术中列出的全部技术问题。本领域技术人员应当理解，对于一个权利要求中没有提到的内容不应当作为对于该权利要求的限制。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (25)

1.一种发光二极管，包括：
衬底，所述衬底具有相对设置的衬底正面及衬底背面；
半导体发光序列堆叠层，包括依次叠置的第一半导体层、发光层和第二半导体层；
第一电极，形成在所述第一半导体层之上，包括一第一电极垫与至少一第一电极延伸部；
第二电极，形成在所述第二半导体层之上；
其特征在于，所述半导体发光序列堆叠层包括与所述第一电极垫相对的第一侧壁和与所述第一电极延伸部相对的第二侧壁，至少部分所述第二侧壁包括凹凸的微结构，所述第一侧壁的粗糙度小于所述第二侧壁的粗糙度。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第一侧壁不包括凹凸的微结构。
3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述半导体发光序列堆叠层还包括远离所述第一电极的第三侧壁，第三侧壁位于所述发光二极管的边缘，所述第三侧壁包括位于相邻所述第三侧壁交叉位置的角部区域，所述第三侧壁除了所述角部区域以外的其他区域包括凹凸的微结构，所述角部区域的粗糙度小于所述其他区域的粗糙度。
4.根据权利要求3所述的发光二极管，其特征在于：所述角部区域不包括凹凸的微结构。
5.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第二侧壁包括与所述第一电极延伸部的端部相对的第四侧壁，所述第四侧壁的粗糙度小于所述第二侧壁除了所述第四侧壁以外的其他区域的粗糙度。
6.根据权利要求5所述的发光二极管，其特征在于：所述第四侧壁不包括凹凸的微结构。
7.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：至少70%的所述第二侧壁包括凹凸的微结构。
8.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于：至少70%的所述第三侧壁包括凹凸的微结构。
9.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于，所述发光二极管还包括保护层，所述保护层覆盖所述半导体发光序列堆叠层，所述保护层在与所述半导体发光序列堆叠层形成凹凸的微结构的侧壁对应的侧面上形成凹凸的微结构。
10.根据权利要求9所述的一种发光二极管，其特征在于，所述微结构由所述半导体发光序列堆叠层和所述保护层组成。
11.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于：所述第三侧壁的微结构沿所述半导体发光序列堆叠层层叠方向延伸至所述衬底正面。
12.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第二侧壁的微结构的粗糙度包括0.5μm~12μm。
13.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于：所述第三侧壁的微结构的粗糙度包括0.5μm~12μm。
14.根据权利要求2所述的一种发光二极管芯片，其特征在于，所述第二侧壁和所述第三侧壁的粗糙度比值为0.4~2.5倍。
15.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于，所述微结构沿着所述半导体发光序列堆叠层层叠方向延伸。
16.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于，所述微结构沿着所述半导体发光序列堆叠层层叠方向的剖面形状包括三角形或者半圆形或者梯形。
17.一种发光二极管，包括：
半导体发光序列堆叠层，包括第一半导体层、发光层和第二半导体层，所述发光层位于所述第一半导体层和所述第二半导体层之间；
第一电极，形成在所述第一半导体层之上，包括一第一电极垫与至少一第一电极延伸部；
第二电极，形成在所述第二半导体层之上；
其特征在于，
所述半导体发光序列堆叠层被分割为若干芯粒，相邻所述芯粒之间形成切割道，所述切割道位于所述芯粒边缘，所述芯粒包括与所述第一电极垫相对的第一侧壁和与所述第一电极延伸部相对的第二侧壁，以及位于所述切割道的第三侧壁。至少部分所述第二侧壁包括凹凸的微结构，至少部分所述第三侧壁包括凹凸的微结构。
18.根据权利要求17所述的发光二极管，其特征在于：所述第一侧壁的粗糙度小于所述第二侧壁的粗糙度，所述第二侧壁包括与所述第一电极延伸部的端部相对的第四侧壁，所述第四侧壁的粗糙度小于所述第二侧壁除了所述第四侧壁以外的其他区域的粗糙度。
19.根据权利要求17所述的发光二极管，其特征在于：所述第三侧壁包括位于相邻所述第三侧壁交叉位置的角部区域，所述角部区域的粗糙度小于所述其他区域的粗糙度。
20.根据权利要求17所述的发光二极管，其特征在于：所述第二侧壁的微结构的粗糙度包括0.5μm~12μm，所述第三侧壁的微结构的粗糙度包括0.5μm~12μm。
21.根据权利要求17所述的一种发光二极管芯片，其特征在于，所述第二侧壁和所述第三侧壁的粗糙度比值为0.4~2.5倍。
22.一种发光二极管，包括：
衬底，所述衬底具有相对设置的衬底正面及衬底背面；
半导体发光序列堆叠层，包括依次叠置的第一半导体层、发光层和第二半导体层；
第一电极，形成在所述第一半导体层之上，包括一第一电极垫与至少一第一电极延伸部；
第二电极，形成在所述第二半导体层之上；
保护层，所述保护层覆盖所述半导体发光序列堆叠层；
其特征在于，所述保护层包括与所述第一电极垫相对的第一侧面和与所述第一电极延伸部相对的第二侧面，至少部分所述第二侧面形成凹凸的微结构，所述第一侧面的粗糙度小于所述第二侧面的粗糙度。
23.根据权利要求22所述的发光二极管，其特征在于，所述微结构沿深度方向延伸至所述保护层内部。
24.根据权利要求9或22所述的一种发光二极管，其特征在于，所述保护层包括二氧化硅层或者氮化硅层或者碳化硅层。
25.一种发光装置，其特征在于：所述发光装置采用如权利要求1~24中任一项所述的发光二极管。
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